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Trabajo Fin de Master Estudio de tecnologías Bitcoin y Blockchain Ricardo Cámara Albuixech Máster Universitario en Seguridad de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones. TFM-Ad hoc Consultora: Angela María García Valdés. Nombre Profesor responsable: Victor García Font. Junio de 2018

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FICHA DEL TRABAJO FINAL

Título del trabajo: Estudio de tecnologías Bitcoin y Blockchain.

Nombre del autor: Ricardo Cámara Albuixech

Nombre del consultor/a: Angela María García Valdés

Nombre del PRA: Victor García Font

Fecha de entrega (mm/aaaa): 06/2018

Titulación:: Máster Universitario en Seguridad de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones

Área del Trabajo Final: TFM-Ad hoc

Idioma del trabajo: Castellano

Palabras clave Criptomoneda, Minería, Consenso.

Resumen:

El objetivo de este TFM es, primeramente, hacer un estudio del Bitcoin,

tanto desde el punto de vista de moneda como de protocolo. Abarcará la

historia sobre la creación del Bitcoin en 2008, por parte de Satoshi Nakamoto.

Se estudiará, entre otras características, su carácter descentralizado, sus

ventajas e inconvenientes, se describirá la criptografía aplicada a la tecnología

de Bitcoin, como es la criptografía asimétrica y las direcciones de Bitcoin. Por

último se tratará las criptomonedas más importantes surgidas como

consecuencia de la aparición del Bitcoin.

Se continuará con la Blockchain de Bitcoin, y como esta se define como

un registro distribuido de transacciones mantenido por una red descentralizada

de nodos. A partir de aquí se explicaran la gran cantidad de conceptos que

surgen para dar soporte a esta tecnología. Entre ellos se tratarán términos

como la blockchain pública y privada, los elementos que la forman, como son

transacciones, bloque y cadena de bloques. También se estudiarán los

mecanismos de consenso que aseguran la integridad de la blockchain, así

como el trabajo de los mineros para certificar dicha integridad.

Por último, se tratará la evolución de la Blockcahin. De cómo está yendo

desde una tecnología meramente centrada en las transacciones con

criptomonedas, a una tecnología donde se usan otros tipos de tokens, la cual

da como resultado otros productos, como son, entre otros, el más importante,

los Smart Contract o contratos inteligentes.

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Abstract:

The objective of this TFM is, firstly, to make a study of Bitcoin, both from

the point of view of currency and protocol. It will cover the story about the

creation of Bitcoin in 2008, by Satoshi Nakamoto. It will be studied, among

other characteristics, its decentralized character, its advantages and

disadvantages, the cryptography applied to Bitcoin technology, such as

asymmetric cryptography and Bitcoin addresses will be described. Finally, the

most important cryptocurrencies arising as a result of the appearance of Bitcoin

will be discussed.

We will continue with the Bitcoin Blockchain, and how it is defined as a

distributed registry of transactions maintained by a decentralized network of

nodes. From here we will explain the large number of concepts that arise to

support this technology. Among them will be terms like the public and private

blockchain, the elements that form it, such as transactions, block and block

chain. The consensus mechanisms that ensure the integrity of the blockchain

will also be studied, as well as the work of the miners to certify this integrity.

Finally, the evolution of the Blockcahin will be discussed. How is it going

from a technology focused solely on transactions with cryptocurrencies, to a

technology where other types of tokens are used, which results in other

products, such as, among others, the most important one, the Smart Contract

or smart contracts.

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Indice

1. Introducción .................................................................................................. 1

1.1. Contexto y justificación del Trabajo. ......................................................... 1 1.2. Objetivos del Trabajo. ............................................................................... 1 1.3. Enfoque y método seguido. ...................................................................... 2 1.4 Planificación del Trabajo. .......................................................................... 2 1.5 Descripción de los otros capítulos de la memoria. .................................... 4

2. Estudio del Bitcoin ....................................................................................... 5 2.1. Historia del Bitcoin. ................................................................................... 5 2.2. Que es el Bitcoin. ..................................................................................... 7 2.3. Funcionamiento del Bitcoin. ..................................................................... 9 2.4. Quien controla Bitcoin. ........................................................................... 15 2.5. Ventajas y desventajas del Bitcoin. ........................................................ 15 2.5.1. Ventajas. ........................................................................................ 15 2.5.2. Desventajas. ................................................................................... 16 2.6. Criptografía y Seguridad de Bitcoin. ....................................................... 17 2.6.1. Generación de direcciones Bitcoin. ................................................ 17 2.6.3. Garantías de seguridad .................................................................. 20 2.7. Otras Criptomonedas (Altcoins). ............................................................ 22

3. Estudio de la Blockchain en Bitcoin ......................................................... 27 3.1. Introducción a la Blockchain. .................................................................. 27 3.2. Blockchain pública y privada. ................................................................. 28 3.2.1. Características de la blockchain publica. ........................................ 28 3.2.2. Características de la blockchain privada. ....................................... 29 3.3. Concepto de bloque. .............................................................................. 35 3.4. Concepto de cadena de bloques (blockchain). ....................................... 39 3.5. Minería de bloques. ................................................................................ 42 3.6. Consenso en la blockchain de Bitcoin. ................................................... 46 3.7. Diferentes mecanismos de consenso en blockchain. ............................. 51

4. Evolución de la Blockchain ....................................................................... 57 4.1. Introducción. ........................................................................................... 57 4.2. Blockchain 2.0 ........................................................................................ 57 4.3. Smart Contract ....................................................................................... 58 4.4. Beneficios de los Smart Contract ........................................................... 61 4.5. Usos de los Smart Contract. ................................................................... 62 4.6. Blockchain 3.0 ........................................................................................ 64

5. Conclusiones .............................................................................................. 66 6. Glosario ....................................................................................................... 67 7. Bibliografía .................................................................................................. 71

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Lista de figuras

Figura 2.1. Resumen de la publicación Bitcoin en bitcoin.org ............................ 5 Figura 2.2. Publicación de Bitcoin en P2P Foundation ....................................... 6 Figura 2.3. Funcionamiento de las transacciones en Bitcoin ........................... 12 Figura 2.4. Tiempo para la confirmación de una transacción. .......................... 14 Figura 2.5. Evolución del número de bitcoins. .................................................. 14 Figura 2.6. Evolución del precio del bitcoin. ..................................................... 17 Figura 2.7. Curva secp256k1. .......................................................................... 18 Figura 2.8. Generación de direcciones en Bitcoin. ........................................... 20 Figura 3.1 Transacciones. ................................................................................ 31 Figura 3. 2 Cadena de hash ............................................................................. 33 Figura 3.3 Funcionamiento de las transacciones. ............................................ 34 Figura 3.4 Cabecera de un bloque de Bitcoin. ................................................. 35 Figura 3.5 Valor del contador de transacciones. .............................................. 37 Figura 3.6 Formato de una transacción. ........................................................... 38 Figura 3.7 Arbol de Hash de Merkle ................................................................. 40 Figura 3.8 Cadena de bloques. ........................................................................ 41 Figura 3.9 Evolución recompensa por bloque minado. .................................... 43 Figura 3.10 Evolución del hardware usado por los mineros. ............................ 45 Figura 3.11 Ciclo calculo hash. ........................................................................ 46 Figura 3.12 Distribución de los principales pooles de minería. ........................ 48 Figura 3.13 Ataque del 51%. ............................................................................ 49 Figura 3.14 Soft Fork. ....................................................................................... 50 Figura 3.15 Hard fork. ...................................................................................... 51 Figura 3.16 "Nothing at stake". ......................................................................... 52 Figura 3.17 Relación entre monedas y potencia de hash para un ataque. ...... 54 Figura 3.18 Estructura de bloque de DAG. ...................................................... 56

Figura 4.1 Elementos de la Blockchain 2.0 ...................................................... 58 Figura 4.2 SmartContract de Ethereum. ........................................................... 59 Figura 4.3 Complejidad de los SmartContract. ................................................. 61 Figura 4.4 Evolución de la Blockchain. ............................................................. 65

Lista de tablas

Tabla 2.1. Nivel de cumplimiento entre distintas formas de pago respecto ........ 8 Tabla 2.2. Divisiones de un BTC. ....................................................................... 8 Tabla 2.3. Elementos diferenciales de las altcoins. .......................................... 25 Tabla 3.1 Campos de la cabecera del bloque de Bitcoin. ................................ 36

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1. Introducción

1.1. Contexto y justificación del Trabajo.

Este Trabajo Fin de Master se desarrolla con el interés de profundizar en

dos tecnologías que están llamadas a revolucionar el concepto que se tiene

tanto del dinero como de las transacciones entre partes, como son el Bitcoin y

el Blockchain.

Se pretende comprender lo que realmente significa y significará tanto a

nivel tecnológico como social la irrupción de estos nuevos conceptos, como

será el cambio en el comercio, el cambio en la mentalidad de la población, la

revolución en los puestos de trabajo que manejen esta tecnología, los campos

en los que se aplicará, etc.

1.2. Objetivos del Trabajo.

Este Trabajo Fin de Master (TFM) consistirá en la realización de un

estudio general sobre las tecnologías Bitcoin y Blockchain, sobre los principios

de operación de la red Bitcoin y el Blockchain en Bitcoin. Así como de los

beneficios de la tecnología Blockchain y de la aplicación de dicha tecnología

actualmente y en el futuro.

Para la consecución de estos objetivos se desarrollarán los siguientes

puntos:

Arquitectura y organización de la red de Bitcoin .

Conceptos de transacción, bloque y cadena de bloques.

Qué es el consenso y cómo se alcanza en la red Bitcoin.

Diferentes mecanismos de consenso de Blockchain, sus ventajas y

desventajas.

Diferencias entre Blockchain público y privado.

Concepto de Smart Contracts.

Aspectos de seguridad de Bitcoin, Blockchain y Smart Contracts.

Importancia y el uso de la criptografía.

Introducción a otros Blockchains (Ethereum, Ripple, Litcoin. etc).

Aplicaciones de la tecnología Blockchain ahora y en él futuro.

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1.3. Enfoque y método seguido.

El TFM se irá desarrollando de manera secuencial, es decir, se

empezará explicando lo concerniente al Bitcoin, siguiendo con lo relativo a la

tecnología Blockchain y su relación con el Bitcoin y terminado con las

aplicaciones que la tecnología Blockchain tiene o pudiera tener en un futuro en

otros ámbitos más allá de las criptomonedas.

Todo ello se irá desarrollando con la lectura de libros, la búsqueda en

Internet de documentos, publicaciones, blogs, etc, así como el visionado de

videos que traten sobre Bitcoin y la tecnología Blockchain.

1.4 Planificación del Trabajo.

A continuación se presenta un diagrama de Gantt con la planificación de

las tareas necesarias para la consecución del TFM, desde la fecha del

comienzo de la PEC2, día 13/03/2018, hasta la presentación virtual de dicho

TFM, día 11/06/2018. En este diagrama se detalla la duración, el comienzo y el

fin de cada tarea.

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1.5 Descripción de los otros capítulos de la memoria.

Con el fin de conseguir explicar las tecnologías Bitcoin y Blockchain, se

ha dividido el trabajo en tres capítulos principales:

El primer capítulo, ―Estudio del Bitcoin‖, hablará de la historia y

elementos del Bitcoin. De cómo funciona, las ventajas y desventajas del

Bitcoin, la criptografía y seguridad, así como ejemplos y características

de otras criptomonedas.

El segundo capítulo tratará del ―Estudio de la Blockchain de Bitcoin‖.

Comenzará con una introducción a la blockchain, seguirá hablando de la

blockchain pública y privada, después el concepto de transacción,

bloque y cadena de bloques, a continuación se tratará de la minería de

bloques, consenso en la blockchain de Bitcoin y otros tipos de

consensos.

El tercer capítulo, ―Evolución de la Blockchain‖, desarrollará el presente

y futuro de la tecnología del blockchain en campos distintos al de las

criptomonedas. Se expondrá ejemplos de uso.

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2. Estudio del Bitcoin

2.1. Historia del Bitcoin.

Bitcoin aparece en noviembre de 2008 con la publicación, en el dominio

bitcoin.org, del paper titulado "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System"

escrito bajo el apodo de Satoshi Nakamoto. Dicha publicación describe los

fundamentos de la primera criptomoneda y la red que la sustenta (Figura 2.1).

Figura 2.1. Resumen de la publicación Bitcoin en bitcoin.org

Nakamoto combinó varias invenciones previas tales como b-money y

HashCash para crear un sistema de efectivo electrónico completamente

descentralizado, el cual no depende de una autoridad central para su emisión,

liquidación o validación de transacciones. La innovación clave fue el uso de un

sistema de computación distribuida como protocolo de seguridad, llamado

algoritmo de prueba de trabajo o proof-of-work (PoW), el cual permite a la red

descentralizada llegar a un consenso acerca del estado de las transacciones.

La invención de Satoshi Nakamoto es también una solución a un

problema previamente sin solución en computación distribuida, conocido como

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el ―Problema de los Generales Bizantinos‖. Brevemente, el problema consiste

en tratar de llegar a un consenso al respecto de un plan de acción

intercambiando información a través de una red poco fiable y potencialmente

comprometida. La solución de Satoshi Nakamoto, representa un avance en

computación distribuida y posee amplias aplicaciones más allá de las

criptomonedas. Puede ser utilizada para alcanzar consenso en redes

distribuidas, para probar la legitimidad de elecciones, loterías, registros de

activos, autorizaciones bajo notarios digitales, etc.

La red Bitcoin fue iniciada en febrero de 2009, basada en una

implementación de referencia publicada por Nakamoto en la página ―P2P

Foundation‖ (Figura 2.2), y que ha sido modificada por muchos otros

programadores desde entonces.

Figura 2.2. Publicación de Bitcoin en P2P Foundation

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Satoshi Nakamoto se retiró del proyecto Bitcoin en abril de 2011,

legando la responsabilidad de desarrollar el código y la red a un grupo

creciente de voluntarios. La identidad de la persona o personas detrás de

Bitcoin es aún desconocida. Sin embargo, ni Satoshi Nakamoto ni nadie más

posee control sobre el sistema Bitcoin, el cual opera basado en principios

matemáticos completamente transparentes.

2.2. Que es el Bitcoin.

Bitcoin es un conjunto de conceptos y tecnologías que conforman un

ecosistema de dinero digital. Bitcoin es a la vez un protocolo, una red de pagos

y una moneda. En este sentido Bitcoin, con B mayúscula, se utiliza para

describir el concepto de Bitcoin, o la totalidad de la red, mientras que bitcoin,

con b minúscula, se utiliza para describir la criptomoneda, la cual se abrevia

como BTC.

El almacenamiento y transmisión de valor entre los participantes de la

red Bitcoin se consigue mediante la utilización de las unidades monetarias,

bitcoins (BTC). La moneda bitcoin es tan solo la primera aplicación de esta

invención. Bitcoin es como una red para propagar valor y asegurar la propiedad

de activos digitales vía computación distribuida.

Los usuarios de bitcoin se comunican entre ellos usando el protocolo

Bitcoin, principalmente a través de Internet, aunque también se pueden utilizar

otras redes de transporte. La pila de protocolos Bitcoin, disponible como

software open source, puede ejecutarse sobre una amplia variedad de

dispositivos, incluyendo laptops y smartphones, lo que hace que la tecnología

sea fácilmente accesible.

Para el usuario final, bitcoin es un medio de pago más, como lo puede

ser el euro y un activo en el que invertir, como lo puede ser una acción o el oro

(Tabla 2.1). Los usuarios pueden transferir bitcoins a través de la red para

hacer prácticamente cualquier cosa realizable con monedas convencionales,

incluyendo comprar y vender bienes, enviar dinero a personas y

organizaciones, o extender créditos. Los bitcoins pueden comprarse, venderse

e intercambiarse por otras monedas en casas de cambio especializadas. En

cierta forma bitcoin es la forma de dinero perfecta para Internet, ya que es

rápido, seguro y carente de fronteras.

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Tabla 2.1 Nivel de cumplimiento entre distintas formas de pago respecto de las características del dinero.

Un único BTC, dado su naturaleza digital puede ser dividido hasta

alcanzar 8 cifras decimales. Esto significa que la mínima cantidad de bitcoins

que se puede poseer es 0.00000001 BTC, que como homenaje al creador se

conoce como 1 satoshi. De esta forma las demás divisiones posibles también

tienen su propia denominación (Tabla 2.2).

Tabla 2.2 Divisiones de un BTC.

A diferencia de las monedas tradicionales, los bitcoins son

completamente virtuales. No existen monedas físicas y en sentido estricto, ni

siquiera existen monedas digitales. Las monedas están implícitas en

transacciones que mueven valor de un remitente a un destinatario. Los

usuarios de bitcoin poseen claves que les permiten demostrar la propiedad de

las transacciones en la red Bitcoin, otorgando acceso a gastar su valor

transfiriéndolo a un nuevo destinatario. Esas claves están normalmente

almacenadas en una cartera digital o monedero (en inglés, "wallet") propiedad

de cada usuario. La posesión de la clave que libera una transacción es el único

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prerrequisito para gastar bitcoins, poniendo completo control en las manos de

cada usuario.

2.3. Funcionamiento del Bitcoin.

Para empezar con la idea básica de cómo funciona el sistema, se

presentará una breve descripción de los elementos, algunos ya citados

anteriormente, del Bitcoin (en capítulos posteriores se profundizará más en

dichos elementos):

● Transacciones: proceso por el cual se transfieren las criptodivisas.

Especifica cuántas BTC fueron tomadas de cada dirección emisora y cuántas

fueron acreditadas a cada dirección receptora.

● Transacción Coinbase: Un tipo especial de transacción sin inputs, creada

por los mineros, es la primera transacción del bloque y solo existe una de su

tipo en cada bloque. Su función es otorgar la recompensa al minero por el

trabajo realizado (comisiones por transacción o el pago por bloque).

● Confirmación: acción de procesar y verificar una transacción, realizada

por los nodos de la red. Las transacciones son confirmadas cuando son

incluidas en un bloque.

● Bloque/Block: registro permanente que contiene las confirmaciones de

transacciones pendientes, un número aleatorio (nonce) y un hash del bloque

anterior. En promedio, cada 10 minutos, un nuevo bloque que incluye nuevas

transacciones se anexa a la cadena de bloques a través de la minería. El

primer bloque creado se llama ―Génesis‖.

● Banco de memoria/Memory Pool (mempool): estructura local en cada

nodo con todas las transacciones recibidas y aún no confirmadas. Si una

transacción que aparece en el memory pool de un nodo específico, es

confirmada en otro lugar, la transacción se elimina de ese memory pool.

● Cadena de bloques/Blockchain: registro cronológico de todas las

transacciones realizadas y confirmadas en la red Bitcoin. Esta base de datos

es pública, compartida y creada de forma colectiva por todos los nodos de la

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red, es el medio por el cual se verifican las transacciones y se evita el doble

gasto de las BTC.

● Minería de bitcoins: es el proceso de generación de nuevas divisas y de

verificación de las transacciones en la red de Bitcoin. La verificación

corresponde a un sistema de consenso distribuido mediante el cual los

mineros otorgan procesamiento de CPU o GPU de sus equipos

computacionales para resolver problemas matemáticos del esquema de

proof-of-work utilizados para garantizar la seguridad y funcionalidad de la red.

● Direcciones/Address: concepto similar a una dirección física o correo

electrónico, cada usuario puede poseer una cantidad ilimitada de direcciones,

caracterizadas por ser el hash de una clave pública ECDSA (en el punto

2.6.1 se explicara este concepto). Estas se utilizan para las transferencias de

BTC, pues es la única información que se debe brindar al receptor de

transacción.

● Monederos/billetera (wallet): archivo contenedor de la clave privada de

una dirección en particular, la cual se utiliza para firmar la transacción y

garantizar tanto el origen de esta como su integridad. Cada monedero puede

mostrar la cantidad de bitcoins que contiene (balance de BTC) y permite

pagar una cantidad específica a una o varias direcciones. Los monederos

pueden ser en línea (gestionada por una empresa como un servicio a través

de un navegador) o como un software cliente instalado en un dispositivo

(smartphone, desktop,etc.).

● Velocidad de hasheo (hashrate): unidad de medida de la potencia de

procesamiento de la red Bitcoin.

● Script: sistema de scripting para las transacciones, que es esencialmente

una lista de instrucciones grabadas en cada transacción donde el emisor

puede crear requisitos muy complejos que el receptor debe cumplir con el fin

de reclamar el valor del input. Ejemplo: scriptPubKey o Public Key Script,

scriptSig o Signature Script.

● Nodo completo (Full node): es un programa que ayuda a la red de dos

maneras: al realizar la validación completa de transacciones/bloques y al

permitir a clientes ligeros transmitir transacciones a la red. Es un trabajo

voluntario que mantiene robusta la red y que solo requiere que el usuario

interesado instale el programa Bitcoin Core y lo mantenga corriendo con el

puerto 8333 abierto.

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● Prueba de trabajo (Proof-of-work/PoW): básicamente es un proceso

aleatorio que requiere en promedio de mucha prueba y error, es difícil de

ejecutar (en términos de costo/procesamiento/energía) pero genera una

prueba válida de trabajo fácil de confirmar.

También es importante comentar el tipo de participantes que forman

parte del sistema. Podemos encontrar tres tipos de participantes:

● Usuarios normales: son simples usuarios, compran y pagan bienes y

servicios a través de transacciones.

● Usuarios mineros: el proceso que realizan los mineros es el que da

origen a los nuevos bitcoins, son los encargados de validar las

transacciones y el motor básico del sistema. Cualquier participante de la red

bitcoin (cualquier persona utilizando un dispositivo con la pila de protocolos

bitcoin completa) puede operar como minero, utilizando el poder de computo

de su pc para verificar y registrar transacciones. Estos pueden trabajar de

forma aislada o pueden establecer uniones entre ellos para así conseguir

una potencia de cómputo mucho mayor. El cálculo que se ven sometido a

realizar es de una complejidad muy alta y a la vez de un coste elevado de

ahí que reciban una compensación en forma de bitcoins por cada resolución.

● Desarrolladores: este sistema se basa en un software que necesita un

mantenimiento activo. Ellos son los encargados de hacerlo con un nivel de

influencia muy limitado.

Una vez los bitcoins son generados, un usuario de los denominados

normales puede adquirirlos a través de las numerosas plataformas que se han

creado para ofrecer este servicio. Estas plataformas actúan como casas de

cambio para que el usuario intercambie dinero tradicional por bitcoins. Antes de

nada el usuario debe haberse creado un monedero o wallet.

Para explicar cómo funciona el sistema cuando un usuario realiza una

transacción de bitcoins a otro, se utilizará la Figura 2.3. Aquí pueden verse con

más claridad los participantes y los roles que estos desempeñan.

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Figura 2.3. Funcionamiento de las transacciones en Bitcoin

Como bien se puede observar en esta imagen, existen varios agentes

que participan en la acción.

En primer lugar todo comienza cuando el Usuario A realiza una

transacción de bitcoins a la Usuaria B (1). Una vez realizada, tanto el Usuario A

como la Usuaria B envían la información de la transacción a la red P2P (2).

Una vez la información ha sido enviada a la red es recibida por un

minero que la verifica (3). Este minero crea un bloque de transacciones con la

transacción que validó en el momento anterior y nuevas transacciones que

recibe y trabaja para confirmarlas (4).

Una vez este minero haya conseguido confirmar el bloque de

transacciones lo envía (5) a la red P2P, donde es recibido por todos los

usuarios y mineros que forman parte del sistema.

El resto de mineros de la red reciben el bloque mandado por el minero

que ha confirmado en primer lugar, analizándolo y validándolo, tras lo cual lo

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incluyen en la cadena de bloques (6) y la transacción queda definitivamente

confirmada.

Este procedimiento evita que se realice dos veces la misma transacción,

puesto que en el momento en el que el bloque donde se encuentra la

transacción duplicada llegue a los mineros estos la rechazarán por estar ya

registrada en su cadena.

Todas estas transacciones que son confirmadas se almacenan en la

blockchain. Aquí se registran todas las transacciones confirmadas, realizadas

desde el 03 de enero de 2009 hasta hoy. Se almacenan de forma cronológica y

siempre está actualizado. Este registro es público, puesto que si alguien quiere

obtener una copia no tendrá ningún problema en hacerlo, de ahí nace su

característica de transparencia.

Las transacciones almacenadas en la cadena de bloques lo hacen de

manera anónima. Sólo aparecerá en el registro la dirección de origen, la

dirección de destino y la cantidad transferida.

La transacción de bitcoins es casi instantánea. Sin embargo hay un

retraso de 10 minutos de media antes de que la red empiece a confirmar esa

transacción al incluirla en un bloque y antes de que se puedan gastar los

bitcoins recibidos. Una confirmación significa que hay un consenso en la red en

que los bitcoins recibidos no han sido enviados a alguien más y son ahora de tu

propiedad. Una vez que tu transacción ha sido incluida en un bloque, esta irá

siendo "enterrada" con más confirmaciones por los siguientes bloques que van

añadiéndose a la cadena, lo que hará consolidarse este consenso y disminuir

el riesgo de una revocar la transacción. Cada usuario es libre de determinar en

qué punto se puede considerar una transacción como confirmada, pero

normalmente 6 confirmaciones es considerado tan seguro como esperar 6

meses tras un pago con tarjeta de crédito.

El protocolo bitcoin incluye algoritmos que regulan la función de minería

en toda la red. La dificultad de la tarea de procesamiento que los mineros

deben ejecutar—para registrar con éxito un bloque de transacciones para la red

bitcoin—se ajusta dinámicamente de forma que, en promedio, alguien podrá

conseguirlo cada 10 minutos (Figura 2.4) sin importar cuantos mineros haya

trabajado en la tarea en cada momento.

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Figura 2.4. Tiempo para la confirmación de una transacción.

Cada cuatro años, el protocolo también reduce a la mitad la tasa a la que

se crean nuevos bitcoins, asegurando que se seguirán creando bitcoins hasta

un valor límite de 21 millones de monedas. En la actualidad se han minado ya

unos 16 millones de Bitcoin, lo que es un 75% del valor final. Se estima que

para 2032 se habrán minado un 99% de los Bitcoin (Figura 2.5), pero como el

ritmo de producción será más bajo no será hasta aproximadamente 2140

cuando se mine el último de los 21 millones de Bitcoin.

Debido a la decreciente tasa de emisión, bitcoin es deflacionario en el

largo plazo. Además bitcoin no puede ser inflado a través de la "impresión" de

nuevo dinero por encima de la tasa de emisión esperada.

Figura 2.5. Evolución del número de bitcoins.

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2.4. Quien controla Bitcoin.

El control del bitcoin recae en los propios usuarios. Son éstos quienes

validan cualquier operación a través de intercambios peer-to-peer P2P, sin

intervención estatal o de cualquier institución. De hecho, la propia estructura

hace imposible manipular su valor. Para realizar cualquier cambio es necesario

que toda la comunidad de usuarios lo apruebe.

El Bitcon es la primera moneda electrónica que logró implantarse con

cierta solvencia, pero no la primera en aparecer. Lo que diferencia a bitcoin de

otros intentos es su tecnología de cadena de bloques.

Aunque Bitcoin tenga desarrolladores, nadie controla la moneda virtual.

Los programadores pueden mejorar el software de Bitcoin, pero no pueden

imponer un cambio en el protocolo. Este debe seguir unas mismas reglas para

todos y éstas se crean en consenso entre todos los usuarios con sus

decisiones sobre qué plataformas eligen para operar.

El control de las transacciones se realiza a través de los propios

usuarios, que son los que validan los bloques de la cadena y la seguridad de la

transacción. Además, esta cadena no se puede alterar porque está presente en

miles de ordenadores de todo el mundo.

2.5. Ventajas y desventajas del Bitcoin.

2.5.1. Ventajas.

A continuación se enumera las ventajas tanto de la tecnología Bitcoin

como de la moneda bitcoin (BTC):

● Libertad de pagos: Con Bitcoin, podrá enviar y recibir cualquier cantidad

de dinero instantáneamente desde y hacia cualquier lugar del mundo, en

cualquier momento. Sin bancos con horarios, sin fronteras, sin límites

impuestos. Los usuarios de Bitcoin siempre tienen un completo control sobre

su dinero.

● Tasas muy bajas: Los pagos con bitcoin son actualmente procesados con

tasas bajas o sin tasa alguna. Los usuarios pueden incluir una tasa en sus

transacciones para recibir prioridad en el procesamiento de estas, lo que

resulta en una confirmación más rápida de las transacciones por parte de la

red. Además, los procesadores mercantiles están para asesorar en los

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procesos de transacción a los comerciantes, convirtiendo bitcoins a la

moneda fiduciaria y depositando fondos directamente en la cuenta bancaria

del comerciante diariamente. Como estos servicios están basados en

Bitcoin, son ofrecidos con cargos mucho más bajos que los que ofrecen

PayPal o las redes de tarjetas de crédito.

● Menores riesgos para los comerciantes: Las transacciones con bitcoin

son seguras, irreversibles, y no contienen datos personales y privados de los

clientes. Esto protege a comerciantes contra pérdidas ocasionadas por el

fraude o devolución fraudulenta, y no es necesario el cumplimiento de las

normas PCI. Asimismo, los comerciantes pueden operar en nuevos

mercados en los que las tarjetas de crédito no están disponibles o los

niveles de fraude sean demasiado elevados. Esto conlleva a mejores

comisiones, mercados más extensos y menos costes administrativos.

● Seguridad y control: Los usuarios de Bitcoin tienen completo control

sobre sus transacciones; es imposible que los comerciantes fuercen cargos

no deseados o detectados, como puede suceder con otros métodos de

pago. Los pagos de bitcoin pueden realizarse sin que estén asociados a

información de carácter personal. Esto ofrece un alto nivel de protección

contra el robo de identidad. Los usuarios de Bitcoin también pueden

proteger su dinero con copias de seguridad y encriptación.

● Neutral y transparente: Toda la información sobre el suministro de bitcoin

está disponible en la cadena de bloques para cualquiera que quiera

verificarlo y usarlo. Ningún individuo u organización puede controlar o

manipular el protocolo Bitcoin porque es criptográficamente seguro. Se

puede confiar en Bitcoin por ser completamente neutral, transparente y

fiable.

2.5.2. Desventajas.

A continuación se enumera las desventajas tanto de la tecnología Bitcoin

como de la moneda bitcoin:

● Grado de aceptación: Mucha gente no conoce aún Bitcoin. Cada día,

más negocios aceptan bitcoin para aprovechar sus ventajas, pero la lista

aún es pequeña y necesita crecer para que puedan beneficiarse de

su efecto de red.

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● Volatilidad: El valor total de bitcoins en circulación y el número de

negocios usando bitcoin son muy pequeños comparado con lo que puede

llegar a ser. Por lo tanto, eventos relativamente pequeños, intercambios o

actividades empresariales afectan significativamente en el precio (Figura

2.6). En teoría, esta volatilidad decrecerá conforme el mercado y la

tecnología Bitcoin, madure.

Figura 2.6. Evolución del precio del bitcoin.

● Desarrollo en curso: El software de Bitcoin aún está en fase beta con

muchas características incompletas en desarrollo. Se están desarrollando

nuevas herramientas, características y servicios para hacer Bitcoin más seguro

y accesible a las masas. Muchos aún no están listos para el público. La

mayoría de negocios con Bitcoin son nuevos y no ofrecen seguridad. En

general, Bitcoin aún está en proceso de maduración.

2.6. Criptografía y Seguridad del Bitcoin.

2.6.1. Generación de direcciones Bitcoin.

El protocolo que da soporte a Bitcoin prescinde totalmente de un registro

de usuarios. En su lugar se utiliza un sistema de direcciones basados en

criptografía de clave pública o criptografía asimétrica

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La criptografía asimétrica se basa en la generación de 2 claves para un

usuario, una llamada clave pública y que el usuario puede distribuir libremente,

y una clave privada que solo debe conocer el usuario. Para enviar un mensaje

seguro al usuario cualquiera puede cifrar el mensaje con la clave pública, de

forma que sólo el poseedor de la clave privada (el usuario) podrá descifrarlo y

leerlo.

Los algoritmos de criptografía de clave pública se basan en problemas

matemáticos de difícil solución para generar las 2 claves relacionadas sin que

sea posible inferir una clave a partir de la otra.

Bitcoin, para la generación de claves de usuario, utiliza el algoritmo

ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm), basado en criptografía de

curva elíptica. En concreto utiliza la curva secp256k1 (Figura 2.7) con la forma

y2= x3+0x+7, definida sobre el campo finito Fp donde p=2256-232-29-28-27-

26-24-1, donde con el punto generador P de orden n es posible derivar la clave

privada, la cuales es un número aleatorio s<n y la clave pública es un punto de

la curva que cumple Q=s•P. Esta curva elíptica posee varias propiedades

beneficiosas, permitiendo un 30% de optimización computacional en la

implementación, ideal para dispositivos que disponen de pocos recursos y

reduciendo la probabilidad de que el creador de la curva haya insertado algún

tipo de puerta trasera en la misma. Las claves privadas son de longitud 256 bits

(32 bytes) y el rango de claves válidas va de 0x1 a 0xFFFF FFFF FFFF FFFF

FFFF FFFF FFFF FFFE BAAE DCE6 AF48 A03B BFD2 5E8C D036 4141.

Figura 2.7. Curva secp256k1.

Básicamente cada usuario que quiera usar bitcoin, mediante este

algoritmo criptográfico se genera un par de claves asimétricas. El usuario que

19

quiere recibir un pago puede enviar al pagador su clave pública, y éste vincula

el pago a esta clave pública, de forma que sólo el usuario que tiene la clave

privada puede acceder al pago y por tanto a esos fondos.

De las claves privadas del usuario se obtienen las direcciones Bitcoin

aplicando un algoritmo de hash de 160 bits, sin embargo la obtención de las

claves privadas a través de la direcciones es computacionalmente inviable.

Cada usuario es responsable de mantener seguras sus claves privadas, siendo

asistido en este proceso por su monedero. Para representar las claves privadas

en Bitcoin se usa el formato Base58. Este formato es capaz de representar de

una forma legible para humanos datos binarios, usando los caracteres ASCII 1-

9, A-Z excluyendo la I mayúscula, y a-z excluyendo la l minúscula. Estas

exclusiones se justifican en la legibilidad, para evitar confusiones del usuario.

El algoritmo de conversión de la clave privada a su dirección

correspondiente (Figura 2.8) es el siguiente:

● Se obtiene la clave pública correspondiente a la curva elíptica,

consistiendo en 65 bytes. El primer byte es siempre 0x04, y 32 bytes

correspondiendo a la coordenada X y 32 bytes a la coordenada Y de la

curva.

● Se realiza un hash SHA256 de la clave pública.

● Se realiza un hash RIPEMD-160 del resultado del SHA256.

● Se realiza un doble hash SHA256 del resultado del RIPEMD160,

generando el llamado ―checksum‖ de la dirección.

● La dirección se construye con un byte de versión al inicio (0x00 en la

red Bitcoin), se concatena el resultado del RIPEMD-160 y por último se

concatenan los 4 primeros bytes del checksum.

● El resultado es un vector de 25 bytes al que se le aplica una

codificación BASE58 para que el resultado sea legible para los usuarios.

20

Figura 2.8. Generación de direcciones en Bitcoin.

2.6.3. Garantías de seguridad

Uno de los conceptos más importantes que establece el protocolo son

las llamadas comisiones o incentivos que se otorgan a los mineros con el fin de

asegurarse su honestidad, pues les resulta mejor, desde el punto de vista

financiero, apoyar a la red que atacar al protocolo. Es decir, en caso de que un

atacante logre mayoría en la cantidad de nodos en la red, será más beneficioso

ganar las comisiones que se le darán por su trabajo que la ganancia por

modificar bloques, confirmar transacciones inválidas o quebrantar el sistema. El

costo computacional (gasto energético) que conlleva modificar un bloque en

particular sobrepasa las ganancias que esta acción genera, pues el atacante

debe alterar y rehacer el PoW de ese bloque y los demás subsiguientes a este,

además de lograr alcanzar a la cadena de bloques legítima y sobrepasarla para

atacar con éxito a la red.

21

Otro pilar del protocolo con respecto al tema de seguridad es el trabajo

distribuido, colaborativo y regido por las reglas de consenso de la red. Mediante

la participación sincronizada, pero no premeditada, de los nodos en la red al

aceptar o no procesar una transacción según lo establecido por las reglas de

consenso, se mantiene la red estable, pues se garantiza que los nodos trabajan

siempre sobre las mismas premisas. Es importante resaltar que estas premisas

son regularmente actualizadas y se tienen contramedidas para minimizar

problemas por nodos desactualizados.

Por otro lado, se debe recordar que Bitcoin se basa en una red

compuesta en su mayoría por nodos honestos. Según los fundamentos

expuestos por Nakamoto en el paper original sobre Bitcoins, en el caso

hipotético de que la mayoría de nodos en la red sean maliciosos y generen una

cadena de bloques alternativa a la válida, el protocolo posee dos resguardos:

● El primero de ellos, el atacante solo puede revertir transacciones

realizadas por él, no puede realizar cambios arbitrarios a otras

transacciones ni direcciones pues existe una alta posibilidad de que

algún nodo detecte el comportamiento nocivo del atacante y no acepte la

transacción ni el bloque que contenga la transmisión inválida.

● El segundo de los resguardos es que mediante cálculos estadísticos

se caracteriza la carrera entre una cadena deshonesta y una válida (por

medio del método conocido como ‗Camino aleatorio binomial‘ y el

problema de la ruina del apostador o Gambler‘s ruin problem) y se

determina que si el intento de doble gasto no se inicia inmediatamente

después de que se haga la transacción original, la posibilidad de tener

éxito se hace exponencialmente pequeña.

A nivel técnico, la seguridad en comunicaciones y la red P2P son dos

aspectos donde la criptodivisa se refuerza. En el primer caso los protocolos de

pago usados por la red soportan los certificados X.509 y encriptación TLS para

verificar la identidad de los receptores, encriptar comunicaciones entre nodos y

así prevenir ataques man in the middle, etc., mientras que el segundo caso las

redes P2P garantizan comunicaciones sin intermediarios de manera directa

entre nodos y permite que toda la información sea transmitida a todos los

nodos. La redundancia que brinda el sistema P2P es fundamental, pues al ser

tolerante a pérdida de mensajes no es necesario que alcance a todos los nodos

para funcionar adecuadamente, pues se actualizan con el último blockchain, al

aceptar como legítimo el blockchain más largo en dificultad PoW.

A nivel de protocolo, se debe resaltar la actualización del nivel de

dificultad del PoW. La actualización consiste en que cada 2016 bloques se

22

reevalúa el valor de dificultad del hash contra el cual se validan las

confirmaciones. La red utiliza un marcador de tiempo guardado en cada block

header para calcular el número de segundos entre la generación del primer y

segundo de los 2016 bloques. Si toma más de 2 semanas, la dificultad se

incrementa proporcionalmente (hasta 300%) y si toma menos de 2 semanas el

valor se reduce proporcionalmente (hasta un 75%), ambas medidas con el fin

de lograr que la generación de bloques se realice exactamente con el misma

tasa.

Finalmente, mediante blockchain es posible garantizar que no haya un

doble gasto de una misma moneda ni modificación de los registros previos. En

el caso del doble gasto, este se previene gracias al encadenamiento entre

transacciones. Por otro lado, la integridad de los bloques se garantiza gracias a

la firma digital y al encadenamiento entre bloques, donde los hashes

intermedios no pueden ser falsificados, pues en ese caso, la verificación de la

transacción fallaría y esta sería rechazada.

2.7. Otras Criptomonedas (Altcoins).

Con la aparición del Bitcoin, son numerosos los usuarios o las

comunidades que ven como un proyecto de futuro sólido e innovador, el

sistema económico planteado por esta criptomoneda. Es por esto que tras la

experiencia y gracias a la característica de Código abierto del Bitcoin bajo

licencia MIT(Massachusetts Institute of Technology), lo que permite un estudio

y análisis más profundo de su funcionamiento, los usuarios deciden llevar a

cabo su propio proyecto de criptomoneda, creando otro tipo de moneda

criptográfica con unos prototipos comunes que comparten con el Bitcoin, pero

incluso añadiendo modificaciones, nuevos algoritmos, nuevos métodos de

minería y objetivos o metas para su criptomoneda.

Es así como surgen los denominados Altcoins o monedas alternativas

que son una variante del Bitcoin, con sus propios precios de mercado

establecidos y su regulación por parte de la comunidad de usuarios que lo

controla.

Sobre todo en los últimos años, estos Altcoins han ido cobrando fuerza e

incluso algunos proyectos de criptomonedas se han convertido en

competidores directos del Bitcoin.

Seguidamente se recogen algunas de las principales altcoins conocidas

hoy en día que más compiten con el Bitcoin. En concreto se trata de las 4

altcoins más importantes por capitalización bursátil:

23

Ethereum

Ethereum es segundo por tamaño en comparación con

Bitcoin. Fue lanzado en 2015 y fue desarrollado por un

programador de Bitcoin que estaba desencantado con la

funcionalidad de Bitcoin.

Su capitalización bursátil el 7 de abril de 2018 era de

más de 36.000 millones de dólares, un poco menos de la mitad

que Bitcoin y hay aproximadamente 750.000 propietarios

individuales del Ether (como se conoce técnicamente la

moneda). Como medio de pago, es aceptado por muy pocos puntos de venta o

cualquier organización comercial. La esencia de Ethereum es que se trata de

una tecnología de cadenas de bloques diseñada para realizar ―contratos

inteligentes‖ o ―smart contract‖ (ver punto 4.3), que son protocolos informáticos

destinados a facilitar, verificar o hacer cumplir la negociación o el cumplimiento

de un contrato. La forma de pensar en el Ethereum es como una moneda para

los contratos comerciales a través de Internet, a diferencia de Bitcoin, que

pretende ser más una reserva de valor y medio de intercambio generalizado.

Lo sorprendente de los ―contratos inteligentes‖ es que se controlan a sí

mismos: los contratos se anulan automáticamente cuando una parte no cumple

con su obligación.

En otros aspectos, Ethereum es funcionalmente similar a Bitcoin.

También es objeto de minería, pero las reglas que rigen su extracción en el

futuro son menos claras que las reglas de Bitcoin. Ethereum tiene una imagen

más corporativa y fue llevado al mercado por una empresa suiza. Ethereum ha

tenido cierta publicidad negativa ya que su libro mayor ha sido pirateado con

éxito y ha sufrido varias bifurcaciones duras o hard forks (ver punto 3.6),

estando la primera destinada a recuperar los activos robados tras el ataque de

los hackers. Sin embargo, algunos analistas de criptomonedas ven en

Ethereum el potencial de superar a Bitcoin en capitalización bursátil en algún

momento en el futuro. Aun así, en los últimos meses la capitalización de Bitcoin

ha crecido proporcionalmente más rápido que la de Ethereum.

Ripple

Ripple es la tercera criptomoneda más grande

del mundo. Su capitalización bursátil a 7 de abril de

2018 era de poco menos de 19000 millones de

dólares.

Fue lanzado en 2012, pero había estado en

24

desarrollo durante 8 años. Ripple es bastante diferente de Bitcoin y Ethereum,

ya que tiene una imagen y respaldo más corporativos, y en realidad es una red

de transacciones descentralizada verificada por consenso en lugar de una

criptomoneda. Fue desarrollado como un sistema de liquidación bruta en

tiempo real, rápido y barato y puede verificar las transacciones en unos pocos

segundos, mucho más rápido que cualquier otra criptomoneda. Ya es utilizado

por varios bancos importantes, que lo consideran un sistema más seguro que

Bitcoin y otras criptomonedas. Su divisa nativa es Ripple, pero puede admitir

cualquier unidad de valor, ya sea moneda fiduciaria como el dólar

estadounidense o incluso millas de vuelo y similares. Esta flexibilidad, así como

su adopción por parte de los bancos, atrae a algunos inversores que sienten

que la tecnología de Ripple dominará el mercado y finalmente superará a

Bitcoin y Ethereum en capitalización bursátil. Sin embargo, debe tenerse en

cuenta que su valor ha aumentado con mucha más lentitud en el segundo y

tercer trimestres de 2017 que el valor de otras criptomonedas importantes

Bitcoin Cash

Bitcoin Cash o Bitcoin en efectivo, es la cuarta

moneda más grande. Es una rama de Bitcoin, creada

el 1 de agosto de 2017 a raíz de una bifurcación o

hard fork (ver punto 3.5) en la cadena de bloques de

Bitcoin. Esta bifurcación fue el resultado de las

diferencias surgidas entre quienes priorizaban a

Bitcoin como una reserva de valor (es decir, una

inversión) sobre un medio de cambio (es decir, efectivo para hacer

transacciones). Algunos mineros de Bitcoin querían que se eliminaran los

límites, lo que aumentaría la velocidad en los tiempos de transacción. El

resultado fue que Bitcoin se dividió para formar una nueva criptomoneda con

un tiempo de transacción más rápido, llamado ―Bitcoin Cash‖. Se extrae y

funciona de la misma forma que Bitcoin. Su capitalización bursátil a 7 de abril

de 2018 era de más de 10000 millones de dólares, aproximadamente una

octava parte del Bitcoin tradicional. Bitcoin Cash es generalmente más útil para

las personas que necesitan derivar sus flujos de ingresos de la criptomoneda, o

hacer muchas transacciones comerciales rápidas. Puede verse como un

vehículo de inversión, ya que tiene un nicho de mercado y, desde la

bifurcación, no hay duda de que su precio ha aumentado más rápido que el de

Bitcoin.

25

Litecoin

Litecoin es la quinta criptomoneda más

grande. Su capitalización bursátil a 7 de abril de

2018 era de más de 6500 millones de dólares. Fue

lanzado en 2011 y fue una bifurcación de Bitcoin, es

decir, una rama de Bitcoin. Su funcionamiento es

casi idéntico al de Bitcoin en todos los sentidos,

excepto que siempre ha tenido una velocidad de

procesamiento mucho más rápida y actualmente

puede procesar transacciones aproximadamente

cuatro veces más rápido que Bitcoin.

Los principales elementos que diferencian a las cinco criptomonedas son

su funcionalidad, capitalización bursátil, imagen, popularidad, seguridad y

velocidades de procesamiento, como se detalla en la siguiente tabla (datos

marzo de 2017):

Tabla 2.3 Elementos diferenciales de las altcoins.

26

No obstante, a parte de las criptomonedas descritas, existe una gran

cantidad de altcoins en el mercado, las cuales han ido apareciendo a lo largo

de los años. Así como muchas han aparecido, muchas otras han desaparecido,

habiéndose creado miles de criptomonedas a lo largo de estos años. No

obstante, en la actualidad se tiene conocimiento de unas 1.300 monedas, de

las cuales sólo unas 100-200 gozan de popularidad en los principales

exchangers, ya que éstas acaparan un 90% del mercado de criptomonedas.

27

3. Estudio de la Blockchain en Bitcoin

3.1. Introducción a la Blockchain.

Una blockchain no es otra cosa que una base de datos que se halla

distribuida entre diferentes participantes, protegida criptográficamente y

organizada en bloques de transacciones relacionados entre sí

matemáticamente. Expresado de forma más breve, es una base de datos

descentralizada que no puede ser alterada. Otro elemento muy importante a

tener en cuenta en ella es que, por definición, se trata de un sistema que

permite que partes que no confían plenamente unas en otras puedan mantener

un consenso sobre la existencia, el estado y la evolución de una serie de

factores compartidos. El consenso es precisamente la clave de un sistema

blockchain porque es el fundamento que permite que todos los participantes en

el mismo puedan confiar en la información que se encuentra grabada en él. Se

trata de un aspecto con un potencial increíble para transformar una infinidad de

sectores clave de la industria y no menos de la sociedad en la que vivimos, de

tal modo que podría llegar a cambiar incluso nuestra forma de entender el

mundo.

La blockchain puede proporcionar robustez, seguridad, transparencia y

escalabilidad a grandes sistemas de datos, lo que permite hacer frente a un

amplio abanico de amenazas. Esto incluiría desde fugas de información a

manipulación maliciosa del contenido. Mediante la blockchain, estas amenazas

pueden combatirse trazando individualmente todas las acciones realizadas

sobre los datos, resultando en una auditoría constante.

Desde un punto de vista técnico, ese sistema basado en la confianza y

el consenso se construye a partir de una red global de ordenadores (nodos)

que gestionan una gigantesca base de datos. Ésta puede estar abierta a la

participación de cualquiera que lo desee (se habla entonces de una

«blockchain pública») o bien limitada a sólo algunos participantes (caso de la

«blockchain privada»), aunque siempre, en ambos casos, sin la necesidad de

una entidad central que supervise o valide los procesos que se lleven a cabo.

En el siguiente punto se analizará los diferentes tipos de Blockchain.

28

3.2. Blockchain pública y privada.

Aunque generalmente se habla de blockchain, lo cierto es que este

concepto como tal no existe. O al menos no a secas, sino acompañado

siempre de un adjetivo, de modo que se puede diferenciar entre blockchains

públicas, blockchains privadas o, incluso, blockchains híbridas. No obstante, en

general se puede hablar de una tecnología que ha llegado para quedarse y,

más aún, para definir lo que será el mundo del futuro.

3.2.1. Características de la blockchain publica.

Las blockchains públicas fueron diseñadas para ser:

● Públicas: cualquier persona sin ser usuario puede acceder y consultar las

transacciones realizadas.

● Abiertas: cualquier persona puede convertirse en usuario y participar del

protocolo común si posee unos mínimos conocimientos técnicos.

● Descentralizadas: lo son en cuanto que no existe un usuario que tenga

más poder que otro en la red y todos los nodos son iguales entre sí.

• Pseudoanónimas: los propietarios de transacciones no son identificables

personalmente, pero sus direcciones sí son rastreables debido a su carácter

público. Por eso, la mayoría de blockchains públicas no pueden ser

anónimas, excepto aquellas expresamente diseñadas para ello.

Por definición, una blockchain pública es una red descentralizada de

ordenadores que utilizan un protocolo común asumido por todos los usuarios y

que permite a éstos registrar transacciones en el libro mayor (ledger, en inglés)

de la base de datos. Esas anotaciones son inalterables, si bien los participantes

en una blockchain de estas características pueden verificar de forma

independiente y por consenso los cambios que se realizan en los registros.

Las unidades de cuenta que se utilizan en las blockchains públicas

muchas veces se denominan tokens. Un token no es más que una serie de

dígitos que representan un registro dentro de la cadena de bloques. Por

ejemplo, una cadena alfanumérica como

3J98t1WpEZ73CNmQviecrnyiWrnqRhWNLy es un token. Por tanto, un token

en una blockchain pública puede ser cualquier cadena alfanumérica que

29

represente un registro en la base de datos descentralizada y que sea aceptada,

por consenso, dentro de esa misma blockchain.

3.2.2. Características de la blockchain privada.

La propia tecnología blockchain ofrece la posibilidad de establecer una

cadena de bloques con otras características distintas. Así que, de la misma

forma, también puede construirse una blockchain privada, cerrada y con

participantes identificados. O una privada, abierta y anónima, o una híbrida por

asumir características propias de las blockchains públicas y privada.

Uno de los argumentos esgrimidos por el sector financiero y otros

sectores regulados para el desarrollo de las blockchains privadas ha sido la

imposibilidad de compartir, por razones regulatorias o de confidencialidad, sus

bases de datos de forma abierta. Por tanto, estas blockchains privadas son:

● Privadas: porque no todos los datos inscritos en la blockchain tienen

difusión pública y sólo los participantes o usuarios pueden acceder y

consultar todas o algunas de las transacciones realizadas.

● Cerradas: sólo las personas o entidades invitadas a participar adquieren la

condición de usuarios o registradores de las transacciones. En este sentido,

el protocolo predeterminado podrá incluir distintos niveles de acceso a los

usuarios, de modo que unos puedan tener la capacidad de registrar

información y otros tener vetada esta opción. El diseño va siempre en función

de los fines perseguidos.

● Distribuidas: el número de nodos de los que se componga la blockchain

privada puede estar limitado al número de participantes o a cierto número de

ellos. En cualquier caso, todos los nodos se conocen. La fortaleza de una

blockchain se basa en gran medida en la cantidad de los nodos que la

protegen y en los incentivos que éstos puedan recibir por cumplir este papel.

A mayor número de nodos operativos, menor es la posibilidad de sufrir

ataques. Pero, a diferencia de las blockchains públicas, donde el

mantenimiento de los nodos depende de la voluntad de los usuarios, en las

privadas son los participantes quienes se comprometen a mantener la

estabilidad del sistema. Esto significa que una blockchain privada no está

sujeta, por así decirlo, a las veleidades que puede sufrir una cadena pública,

en la cual es sumamente importante definir correctamente medidas que

trabajen a favor de su propia protección.

30

● Anónimas: una blockchain privada puede establecer el nivel de anonimato

que quiera para realizar o proteger transacciones. Los usuarios que registran

anotaciones pueden estar o no perfectamente identificados.

Los participantes en una blockchain privada, es decir, aquellos que

hayan obtenido la condición de usuarios, están sujetos a un protocolo

predeterminado que los podrá capacitar, según se establezca, para participar

en el registro de las anotaciones y/o verificar los cambios introducidos en la

cadena. En este sentido, una blockchain privada podría estar más centralizada

y el número de nodos que componen la red podría limitarse al número de

usuarios necesarios establecido por los promotores. Hablaríamos entonces de

una base de datos conjunta gestionada por ese grupo de usuarios, en la que

las anotaciones realizadas serán inalterables.

En la tecnología blockchain privada también se habla muchas veces de

libro mayor en referencia a un registro global de transacciones, tal y como se

conoce en la contabilidad tradicional. Tanto es así que las iniciativas de

blockchains privadas se denominan con frecuencia en inglés Distributed Ledger

Technology (DLT) o Tecnología de Libro Mayor Distribuido. Por otro lado, la

blockchain privada es distribuida, en el sentido de que es una base de datos

repartida en varios nodos, mientras que la pública es descentralizada, porque

en ella no se controla quién participa en la misma.

De forma coloquial se puede decir que una blockchain es pública si

cualquier usuario puede participar en ella libremente, de ahí que se la llame

también ―blockchain sin permiso‖ o permisionless. En cambio, en una privada la

posibilidad de participar no está al alcance de todo el mundo, aunque el código

utilizado sea público: la persona debe ser invitada a participar, razón por la cual

en ocasiones se la denomina ―blockchain con permiso‖ o permissioned. Con el

tiempo se consolidarán multitud de blockchains con características distintas

para cumplir con diferentes fines. Unas serán públicas, otras privadas y no

faltarán tampoco las híbridas, dependiendo del modelo de uso para el que

hayan sido diseñadas.

3.3. Concepto de transacción.

Para que se considere que un usuario posee una cierta cantidad de

bitcoin, hay que tener en cuenta el concepto de transacción. Una transacción

es una transferencia monetaria desde un usuario a la dirección de otro. Las

31

transacciones se agrupan en bloques que se integran en la cadena. Las

transacciones se basan en los llamados ―inputs‖ y ―outputs‖.

Se puede definir la moneda electrónica en sí como una cadena de firmas

digitales. La firma digital permite la verificación del origen sin exponer la

identidad del emisor o el receptor de la transacción (Figura 3.1). La transacción

se firma con la clave privada asociada con la dirección del emisor y luego

cualquier nodo de la red puede verificar con la clave pública que ese

requerimiento de transacción proviene del dueño de esa dirección.

Figura 3.1 Transacciones.

Vemos de forma esquemática el contenido de cada transacción y su

conexión con otras. Cada transacción incluye la firma digital del hash resultante

de aplicar la correspondiente función hash criptográfica sobre el

encadenamiento de la transacción anterior y la clave pública del receptor o

beneficiario del valor. Una vez recibido este valor por el beneficiario, éste podrá

transferirlo a su vez firmando con su clave privada un nuevo hash resultante de

una nueva entrada para la función hash que incluiría la transacción que certifica

su propiedad y la clave pública de aquel a quien desea transferir el valor.

Cualquier beneficiario (en realidad, cualquier tercero, aunque no

participe en la transacción) puede comprobar la legitimidad de la transacción

que le da el derecho de propiedad sobre el valor transferido mediante la

verificación de la firma digital puesto que puede acceder a la clave pública del

transmitente. En la Fig. 3.1, Owner 2 puede aplicar el proceso de verificación

de la transacción comprobando que la clave pública de Owner 1 verifica la

firma que este último realizó con la clave privada par de la pública conocida. En

32

caso de verificarse la firma, Owner 1 no podrá por tanto repudiar la emisión de

la transacción.

Ahora bien, en lo que hemos visto no hay nada que impida a Owner 1

construir después de la transferencia a Owner 2 una nueva transacción basada de

nuevo en la transacción que le aportó la propiedad del valor, pero esta vez

utilizando una clave pública de otro beneficiario, que a su vez también podría

validar satisfactoriamente la firma digital del transmitente. En resumen, nada

impediría que Owner 1 cometiera un doble gasto transfiriendo el mismo valor a

dos, o más, beneficiarios. Para solucionar este problema Nakamoto establece lo

que podríamos denominar como el principio de prevalencia de la primera

transacción registrada, que será la única válida y, por tanto, la única que cuente

como transmisión efectiva del valor. Y lo complementa con la estrategia de que la

única manera de confirmar la unicidad de la transmisión de un determinado valor

es tener constancia de todas las transacciones, que en consecuencia deben ser

anunciadas públicamente según se realicen para poder proceder a la

comprobación de la deseada unicidad y evitar de esta manera el doble gasto. En

conclusión, el beneficiario de cada transacción podrá sentirse confortable con la

seguridad de su derecho siempre que la mayoría de los nodos involucrados en la

gestión de la cadena consensuen que la transmisión de ese valor en concreto es la

primera registrada. En caso de doble gasto, cualquier posterior beneficiario podrá

descubrir de forma prácticamente trivial tal situación problemática al comprobar la

existencia de una transmisión previa del valor.

Como herramienta para discriminar esta necesaria temporización entre

transacciones, Nakamoto propone inicialmente y de manera conceptual un

―servidor de marcas de tiempo‖ que actúe de la siguiente manera:

1. Reunir en un bloque un conjunto de ítems, que corresponderían en nuestro

caso a las transacciones realizadas en un determinado periodo de tiempo.

2. Obtener como entrada de una función hash la concatenación entre el

bloque en cuestión y el hash previo obtenido para el bloque anterior de

manera similar al resultado de aplicar ahora la función hash.

3. Hacer público el resultado hash del punto anterior de manera que el

momento de su publicación resulte indubitable, lo que probaría que en ese

momento los datos que originaron el resumen hash existían.

Dado el mecanismo anterior, cada marca de tiempo referenciaría la marca

anterior mediante el hash de esta última, lo que conformaría una cadena (Figura

3.2).

33

Figura 3. 2 Cadena de hash

Cada transacción puede ser dividida en dos partes: la entrada (de donde

viene el dinero) o input y la salida (donde va el dinero) u output.

Una entrada o input es una referencia a la salida de una transacción

pasada, pudiendo contener una transacción uno o más inputs. La cantidad de

dinero que poseen las salidas referenciadas por las entradas de la transacción

se suman y serán la cantidad de Bitcoins que se están transfiriendo.

Una salida u output es una indicación de a quien le debe llegar una

cantidad de Bitcoins.

Además las transacciones, dentro del bloque, tienen las siguientes

características:

● Pueden combinar distintas transacciones de entrada y salida. Es decir

una única transacción puede coger fondos de distintas transacciones

anteriores y repartirlos de la forma que estime oportuna a distintos

destinatarios.

● La suma de importes de entrada debe ser mayor o igual que la suma

de importes de salida. Es decir la suma de los fondos de las entradas

debe ser igual (o mayor) a la suma de los fondos de las salidas. En la

mayoría de los casos un usuario no tendrá transacciones anteriores

cuyos fondos sumados den exactamente la cantidad que quiere enviar a

la transacción. Lo que se hace es tomar como entradas transacciones

anteriores cuyo importe sea superior al necesario, y en la transacción

hacer la salida de los fondos que se quieran enviar al destinatario, más

otra salida con el importe restante (el cambio) en la que el destinatario

es el propio usuario que está haciendo la transacción.

● Comisión. Un usuario, además de las salidas a los destinatarios y a si

mismo (el cambio) puede dejar pendiente un importe. Es decir, los

importes de las entradas de la transacción son mayores que los importes

de salida. Este excedente se denomina comisión y es totalmente

voluntario (ya que el usuario que crea la transacción puede establecer

34

las entradas y salidas como prefiera). Esta comisión será para el nodo

que procese la transacción, siendo un incentivo para que los diferentes

nodos dediquen recursos a procesar las transacciones de los usuarios

Un ejemplo del funcionamiento de las transacciones se muestra en la

siguiente figura (Figura 3.3):

Figura 3.3 Funcionamiento de las transacciones.

En este ejemplo puede observarse:

● Unas transacciones iniciales (transacción 1, transacción 2 y

transacción 3).

● Una transacción 4, en la cual el usuario tiene que pagar 6 bitcoin.

Para ello la transacción:

- Recoge 5 bitcoin de la transacción 1.

- Recoge otros 5 bitcoin de la transacción 2.

- Realiza la transacción de salida (pago) de 6 bitcoin.

35

- Realiza otra transacción de salida a sí mismo (el cambio) de 3

bitcoin.

o La diferencia entre las entradas (5+5=10 bitcoin) y las salidas

(6+3=9 bitcoin) deja una comisión de 1 bitcoin.

● Una transacción 5 en la cual el usuario debe hacer 2 pagos, de 5 y 2

bitcoins. Para ello la transacción:

- Recoge los 3 bitcoin de cambio de la transacción 4.

- Recoge 4 bitcoins de la transacción 3 o Realiza una transacción de

salida (pago) de 5 bitcoin

- Realiza una transacción de salida (pago) de 2 bitcoin.

- En este caso todas las entradas (4+3=7 bitcoin) se convierten en

salidas de pago (5+2=7 bitcoin) por lo que no queda comisión.

3.3. Concepto de bloque.

Un bloque es un conjunto de datos estructurado que contiene una

determinada cantidad de transacciones. Estos bloques se pueden extraer,

transmitir y confirmar. La blockchain es una cadena de todos estos bloques.

Una vez conocido el concepto de bloque, queda por conocer cómo se

estructura la información dentro del bloque. En la representación en disco, un

bloque es un fichero binario que utiliza el software de Bitcoin. Dicho fichero

tiene una cabecera, como es habitual en los ficheros binarios, con el siguiente

formato (Figura 3.4):

Figura 3.4 Cabecera de un bloque de Bitcoin.

36

En la siguiente tabla se detallan cada uno de los campos de la cabecera:

Campo Descripción Tamaño

Magic Number Valor establecido siempre a 0xD9B4BEF9 4 bytes

Tamaño del Bloque Número de bytes que siguen hasta el final del bloque 4 bytes

Versión de Bitcoin Version de Bitcoin utilizada 4 bytes

Hash de la cabecera del bloque anterior

Cada bloque incluye la referencia y el hash del bloque anterior. 32 bytes

Hash del contenido del bloque actual

Se trata del hash del contenido del bloque actual. (No puede contener el hash de la cabecera porque se incluiría a si mismo) 32 bytes

Timestamp Marca de tiempo de creación del bloque 4 bytes

Dificultad (nBits) Contiene una representación del límite del hash, que modela la dificultad. 4 bytes

Nonce

Una serie de bytes modificables para hacer cumplir los criterios de dificultad. Es la que se utiliza para la prueba de trabajo. 4 bytes

Tabla 3.1 Campos de la cabecera del bloque de Bitcoin.

Justo después de la cabecera del bloque se encuentran los siguientes

campos:

● Número de transacciones que contiene el bloque: El contador de

transacciones no tiene una longitud fija. En realidad es de un tipo entero

―compacto‖, que es un tipo de dato utilizado por Bitcoin, y que tiene una

longitud de bytes variable. Para poder obtenerlo (Figura 3.5) se lee el primer

byte, si es 0xFD, entonces tendrá 3 bytes de longitud; si es 0xFE tendrá 5

bytes de longitud; si es 0xFF tendrá 9 bytes de longitud, y si no es ninguno

de esos valores, ocupará un solo byte, con el valor correspondiente.

37

Figura 3.5 Valor del contador de transacciones.

● Transacciones que ha recibido el nodo: Después del número de

transacciones, se almacenan, una detrás de otra, las transacciones que ha

recibido el nodo y que desea introducir en la cadena. Son transacciones que

previamente debe validar para asegurarse de que pueden introducirse sin

dar lugar a colisiones o incoherencias que provocarían que el resto de nodos

rechazaran la introducción del bloque en la cadena. Los campos de una

transacción son los siguientes (Figura 3.6):

● Versión: Entero de 4 bytes.

● Total de inputs de esta transacción: Entero compacto, tal y como se ha

visto anteriormente con el número de transacciones.

● Lista de inputs: Cada input tiene el formato TxIn, el cual se explica como

sigue:

- Outpoint anterior: Ocupa 36 bytes (32 del identificador de

transacción TxID, y 4 del índice del output).

- Bytes del script: Entero compacto que representa el número de

bytes del siguiente campo (signature script).

- Signature script: Firma de la transacción. Se utiliza para comprobar

la autenticidad de la misma.

- Número de secuencia: Entero de 4 bytes.

● Total de outputs: Entero compacto, tal y como se ha visto anteriormente.

38

● Lista de outputs: Cada output tiene el formato TxOut, el cual se explica

como sigue:

- Número de Satoshis: Entero de 8 bytes. Representa el número de

Satoshis de la transacción. Un Satoshi es 0,00000001 BTC.

- Bytes del script: Entero compacto que representa el número de

bytes del siguiente campo (pk_script).

- Pk_script: Datos que contienen las condiciones que deben ser

satisfechas para poder gastar esos satoshis. Se utiliza para verificar

la autenticidad.

Figura 3.6 Formato de una transacción.

● Coinbase o Moneda base: El último valor del bloque sería el Coinbase

(Moneda base), es una transacción especial sin origen. En esencia es la

generación de una nueva unidad de bitcoin, y es la forma en que se genera

la masa monetaria en bitcoin. Cada bloque que se genera lleva una nueva

cantidad para el nodo que ha generado el bloque.

39

3.4. Concepto de cadena de bloques (blockchain).

La cadena de bloques de la red Bitcoin es una lista creada de forma

colectiva con todas las transacciones que han sido confirmadas y validadas por

la propia red mediante la inclusión de transacciones en bloques y de estos

últimos, en la cadena.

Cuando un nodo de la red consigue crear un nuevo bloque, lo transmite

al resto de nodos. El resto de nodos verifican que el bloque es correcto, y en

caso afirmativo, lo añaden a su cadena y lo difunden. Mediante la difusión del

nuevo bloque, éste acabará añadiéndose siempre y cuando no se haya creado

otra rama en la cadena de bloques en la que haya participado una cantidad de

usuarios con más capacidad de cómputo.

Por la propia naturaleza de la cadena de bloques, se puede extraer el

historial de posesión de todas las monedas, siguiendo la lista de transacciones.

Así, un usuario no puede reutilizar monedas que ya usó, ya que la propia red

rechazará la transacción.

Se puede dar el caso de que haya bitcoins reutilizadas de manera no

malintencionada. Por ejemplo, por fallos de comunicación masivos, como

caídas de redes de comunicaciones, o cuando se crean ramas en la cadena,

conteniendo cada una aproximadamente la mitad de la potencia de cálculo del

sistema. Por ello, es buena práctica esperar un tiempo determinado para

confirmar una transacción y, por lo tanto, que el receptor de la bitcoin pueda

considerar el pago como recibido. Por defecto, los clientes más extendidos

incluyen un tiempo de espera de 6 bloques. Es decir, hasta que no se hayan

validado 6 bloques desde el que incluyó la transacción, no se considera el pago

como realmente efectuado. Dado que el tiempo medio de generación de

bloques es de uno cada 10 minutos, esto supone que las transacciones tardan

en confirmarse aproximadamente una hora.

Por otro lado, la blockchain almacena una gran cantidad de datos y

además su tamaño es creciente con el tiempo ya que en la misma sólo se

añade información. Por tanto, es aconsejable disponer de algún mecanismo

que permita una consulta a la blockchain eficiente, es decir, que permita

realizar consultas sin tener que descargar toda la información almacenada.

Para este propósito, en la blockchain de bitcoin, se propone utilizar un árbol

hash de Merkle (Figura 3.7).

40

Figura 3.7 Arbol de Hash de Merkle

Como se muestra en la figura, el árbol de hash de Merkle permite

almacenar diversas piezas de información independiente (en el caso de Bitcoin

son transacciones de BTC) en las hojas de una estructura en árbol. Para

formar el árbol, se hace un hash de la información contenida en cada nodo/

hoja. A continuación, para generar los nodos de cada nivel superior del árbol se

concatenan diversos valores hash del nivel inferior (dos valores si el árbol es

binario) y se le aplica la función hash a esta concatenación. Repitiendo este

proceso se llega a un nivel donde hay un sólo nodo, denominado la ―raíz‖ del

árbol.

La ventaja de esta estructura en árbol es que podremos consultar la

presencia en dicho árbol de los datos de un cierto nodo/hoja de forma

autenticada y sin tener que disponer de toda la información que almacena el

árbol. En particular, se puede consultar de forma autenticada cualquier

contenido del árbol con una cantidad de valores hash proporcional al logaritmo

del número de nodos del árbol.

Esto es porque para validar un contenido únicamente hay que

proporcionar los nodos adyacentes en cada nivel y el nodo raíz (que tiene

contribución de todos los datos almacenados en las hojas) autenticado.

Entonces, para validar un contenido se calcula el valor raíz a partir de los

nodos adyacentes proporcionados y se comprueba que coincide con el valor

raíz autenticado. La estructura es segura porque no se puede generar un

conjunto de nodos adyacentes a voluntad que dé como resultado el valor del

nodo raíz autenticado.

41

La cadena de bloques, en lo que a estructura de datos se refiere, se

establece mediante los campos ―Hash de la cabecera del bloque anterior‖ y el

―Hash del contenido del bloque actual―, de cada bloque. En la figura 3.8 se

muestran los diferentes enlaces entre datos mediante el uso de hashes y

posteriormente se detalla cada entrelazamiento para su mejor comprensión.

Figura 3.8 Cadena de bloques.

1. El servidor P2P distribuido de marca de tiempo (timestamp) se

implementa utilizando PoW incrementando un nonce en el bloque hasta

lograr llegar a un hash con el nivel de dificultad del reto (un hash con

una cantidad determinada de ceros). El hash del bloque anterior se

guarda en el block header de cada bloque.

2. El uso de funciones hash para enlazar bloques y transacciones

anteriores con un bloque/transacción en particular y el ahorro de espacio

en disco cuando se utiliza el árbol de Merkle con el hash de las

transacciones apareadas.

3. Todo input corresponde a un output y el entrelazamiento entre

transacciones se realiza a través de un campo en los inputs. Cada

output de una transacción solo puede ser referenciado una vez por un

input de una transacción subsiguiente.

4. Cada bloque en la cadena contiene un hash del bloque anterior creando

así una cadena de bloques desde el primer bloque hasta el último

42

bloque en la cadena más larga. Así se asegura que no puede ser

modificado un bloque específico sin antes modificar el bloque que lo

tiene registrado y todos los bloques subsiguientes a este.

3.5. Minería de bloques.

Hasta el momento se han expuesto, entre otros, los detalles técnicos de

las transacciones que se integran en la cadena de bloques. Pero un punto

clave para el funcionamiento de la blockchain es la validación democrática de

la misma. Sin ella, un agente malicioso podría validar por su cuenta

transacciones que fueran provechosas para el mismo.

Para evitar esto, se promueve que haya un conjunto de agentes, los

mineros, que invierten sus recursos en mantener un consenso sobre el estado

de las finanzas de la moneda.

Para conseguir este consenso se parten de unas condiciones muy

sencillas. Cualquier agente puede conectarse a otro nodo de la red, y recibir

transacciones para formar un bloque con ellas. Un bloque tiene un tamaño

máximo de un megabyte. Cuando tienen un bloque formado, intentan resolver

un rompecabezas computacional. El rompecabezas consiste en encontrar un

parámetro (nonce) que consiga que al hacer el hash sobre todo el bloque

(incluido el nonce) se obtenga un valor inferior a la dificultad actual establecida

por la red. Dicho de otra forma, se trata de encontrar un nonce que consiga un

valor hash del bloque con un determinado número de ceros al inicio. Debido a

las características de la función de hash, no es posible calcular estos valores

analíticamente, es decir, para obtener un bloque válido, el minero debe recurrir

a la fuerza bruta: probar valores del parámetro nonce hasta hallar uno válido.

Además, en el caso de que el agente haya agotado todos los nonces sin

cumplir el objetivo, puede actualizar la marca de tiempo que posee la cabecera

del bloque para variar igualmente el resultado del hash.

Sin embargo, debido a la reducción del target de la red, es decir, al

aumento de dificultad del problema, ha pasado a no ser suficiente un recorrido

de todos los valores posibles del nonce en un segundo, que es la resolución de

la marca de tiempo del bloque. Para solucionar esto, hay otro campo, llamado

extra nonce, que se introduce dentro de la lista de transacciones, en concreto

dentro de la llamada ―generation transaction‖.

La ―generation transaction‖ es la primera transacción incluida en un

bloque. Esta transacción es el motivo por el cual los mineros deciden invertir

43

sus recursos de cómputo en la resolución de bloques. En ella, los mineros

obtienen Bitcoins por haber encontrado la solución al bloque, de dos maneras.

La primera, es que en esta transacción se envían a sí mismos la suma de todos

los excedentes de los inputs no gastados por los outputs de las transacciones,

las llamadas cuotas de las transacciones. Las cuotas son un margen que los

generadores de las transacciones pagan a los mineros para que les interese

incluir su transacción y no otra en un bloque.

Por otra parte, en la ―generation transaction‖ los mineros pueden

asignarse una cantidad de Bitcoins como botín. Esta cantidad es actualmente

12,5 bitcoins pero se reduce a la mitad cada 210000 bloques, es decir,

aproximadamente 4 años (Figura 3.9). Esto produce que la cantidad de

moneda esté limitada, y que en 2024 se hayan minado el 93.75% de los

Bitcoin. Está estimado que el último Bitcoin se mine en el año 2140 si no hay

ningún cambio en las implementaciones de los protocolos de hash que rompan

el funcionamiento de la red.

Figura 3.9 Evolución recompensa por bloque minado.

De esta forma, los mineros obtienen una recompensa si se dedican a

validar bloques, pero un minero malicioso podría todavía ir en contra de las

normas de Bitcoin y propagar el mensaje de que ha validado un bloque,

aunque este realmente no sea válido. Pero aquí entra en juego el afán de

obtener ventaja económica de los mineros. La rentabilidad de la validación de

un bloque depende de la futura aceptación de dicho bloque como válido por el

resto de mineros, los cuales si lo aceptan, empezarán a buscar un conjunto

diferente de transacciones para continuar la cadena a partir de este.

44

Por todo esto, las normas de funcionamiento de la red Bitcoin dependen

de los propios mineros, puesto que si todos se pusieran de acuerdo para seguir

una nueva norma o dejar de seguir una antigua, los bloques que fueran

conformes a la nueva normativa serían aceptados por la mayoría de los

mineros haciendo que la secuencia más larga de la cadena de bloques se

ajuste a la misma.

La minería de Bitcoin ha pasado por varias fases (Figura 3.10). El

problema a resolver no deja de ser un sorteo en el que el minero tiene más

papeletas cuantos más hashes es capaz de hacer por segundo. Las

implementaciones iniciales de los programas usaban la CPU de los

ordenadores para minar, con una implementación software del algoritmo

sha256, permitiendo incluso el cliente oficial de Bitcoin minar simplemente con

pulsar un botón. Posteriormente, conforme la moneda fue ganando

popularidad, y con el consiguiente aumento del número de mineros, la dificultad

exigida por la red Bitcoin aumentó, quedando obsoleto el minado por CPU, al

no ser rentable por la electricidad consumida.

Posteriormente, diversos programas de minado implementaban el

algoritmo sha256 utilizando la GPU (Graphics Processing Unit), lo que permitía

paralelizar la búsqueda entre todas las ALUs de la tarjeta gráfica, aumentando

drásticamente el número de hashes por segundo que un minero podia realizar.

El minado por GPU fue muy utilizado hasta la llegada de los ASICS, que han

convertido el minado por GPU en un proceso no rentable en la mayoría de los

casos. Los llamados ASICS (application specific integrated circuits) son

dispositivos Electrónicos diseñados para implementar en hardware una función

concreta, en este caso, el minado de Bitcoin, siendo órdenes de magnitud más

rápidos que las GPU, y con una mucho mayor eficiencia energética.

Brevemente también se usaron FPGAs (Field Programmable Gate Array) para

minar, siendo un paso intermedio entre las GPU y los ASIC, pero nunca fueron

muy populares.

45

Figura 3.10 Evolución del hardware usado por los mineros.

Por último se enumeraran los distintos caminos por los que un usuario

puede formar parte de esta red de procesamiento:

● La primera opción que tiene para incorporarse a la red de

procesamiento es la disponibilidad de un equipo independiente para

realizar el procesamiento necesario. No es muy aconsejable puesto que

existen nuevos y potentísimos ordenadores específicos para este tipo de

trabajo, y supondría una inversión muy elevada. Los beneficios al

encontrar un bloque en solitario serían mucho mayores que si trabaja en

grupo, pero la probabilidad es infinitamente menor.

● La segunda opción sería añadir un equipo específico en un pool de

minado para contribuir a una mayor potencia de procesamiento. Un pool

de mineros puede definirse como una unión de potencia de

procesamiento, con lo que sería más fácil encontrar un nuevo bloque. En

este caso el beneficio se dividirà entre los miembros del pool según la

potencia de procesamiento que cada minero haya aportado al grupo.

● Por último existe la posibilidad de alquilar potencia de procesamiento

(Cloud Mining) que habrá que pagar en bitcoins o en moneda tradicional.

Los beneficios en este caso también se repartirán entre todos aquellos

que hayan contribuido.

46

3.6. Consenso en la blockchain de Bitcoin.

Como se ha visto en puntos anteriores el algoritmo de consenso de la

red de blockchain de Bitcoin es la ―Prueba de Trabajo‖, ―Proof of Work‖ o PoW.

El PoW requiere que los participantes realicen un trabajo intensivo desde

el punto de vista computacional pero fácil de verificar por otros miembros en la

red. En el caso del bitcoin, los mineros compiten por añadir un conjunto de

transacciones (el bloque), al blockchain global mantenido por la red. Para hacer

esto, un minero debe ser el primero en descifrar correctamente el "nonce", para

crear un hash que comienza con un número requerido de ceros. El minero

ganador se anuncia públicamente y el resto puede comprobar fácilmente que

hizo bien la prueba de trabajo. Una vez que todos están de acuerdo agregan el

bloque a la cadena y el ciclo se repite (Figura 3.11).

Figura 3.11 Ciclo calculo hash.

A medida que la red crece, enfrenta cada vez más dificultades. Los

algoritmos necesitan cada vez más poder hash para resolverse. Entonces, la

complejidad de la tarea es un tema delicado. El trabajo preciso y la velocidad

del sistema Blockchain dependen de ello. Si la tarea es demasiado complicada

la generación de bloques lleva mucho tiempo. Las transacciones se bloquean

sin ejecución y, como resultado, el flujo de trabajo se bloquea durante un

tiempo. Si el problema no puede resolverse en un período de tiempo definido,

la generación de bloques será una tarea casi imposible. Si por el contrario es

47

demasiado fácil, es propenso a las vulnerabilidades y ataques de DoS (Deny of

Service.

La solución necesita ser revisada fácilmente. De lo contrario, no todos

los nodos son capaces de analizar si los cálculos son correctos. En este caso

se tendrá que confiar en otros nodos y eso violaría una de las características

más importantes de Blockchain: la transparencia. En este sentido fue Bitcoin el

que sentó las bases para este tipo de consenso. El rompecabezas es

Hashcash. Este algoritmo permite ajustar, cada 10min, la complejidad del

problema a resolver en función de la potencia total de la red.

Como principales beneficios al usar PoW como algoritmo de consenso

en la blockchain de Bitcoin, están:

● Defensa contra ataques DoS. La PoW impone algunos límites a las

acciones en la red. Necesitan mucho esfuerzo para ser ejecutados. Un

ataque eficiente requiere una gran cantidad de potencia computacional y

mucho tiempo para hacer los cálculos. Por lo tanto, el ataque es posible

pero inútil ya que los costos son demasiado altos en comparación con

los beneficios.

● Posibilidades de minería. No importa cuánto dinero se tenga en

la billetera (wallet). Lo que importa es tener un gran poder computacional

para resolver los rompecabezas y formar nuevos bloques. Por lo tanto,

los titulares de grandes cantidades de dinero no están a cargo de tomar

decisiones para toda la red.

Por otra parte, también hay que tener en cuenta los defectos en el

algoritmo de consenso PoW:

● Grandes gastos. La minería requiere hardware informático altamente

especializado para ejecutar los algoritmos complicados. Los costos son

inmanejables. La minería está disponible sólo para grupos mineros

especiales. Estas máquinas especializadas consumen grandes

cantidades de energía para funcionar que aumentan los costos. Los

grandes costos amenazan la centralización del sistema, ya que beneficia

a los mineros con más recursos (Figura 3.12).

48

Figura 3.12 Distribución de los principales pooles de minería.

● Ataque del 51%. Derivado del costo elevado que implica participar en

el trabajo de un sistema PoW, es que cada vez menos personas pueden

adquirir los equipos necesarios y por lo tanto la comunidad se vuelve

más exclusiva. Esto viola la idea de la descentralización que justamente

busca distribuir al poder, no centralizarlo. La centralización en los

sistemas de consenso puede llevar a un ataque del 51% (Figura 3.13).

El ataque del 51% podría pasar si un nodo controla el 51% del poder de

computación que le dejaría hacer todo tipo de trampas como bloquear

transacciones o gastar el mismo dinero dos veces. La manera de hacer

esto, sería creando y formando sus propios bloques fraudulentos. Los

demás simplemente aunque generen bloques válidos, simplemente

serían invalidados por el agresor.

El ataque del 51% no es una opción rentable. Requiere una enorme

cantidad de poder de minería. Y una vez que se expone públicamente, la

red se considera comprometida, lo que lleva a la salida de los usuarios.

Esto inevitablemente moverá el precio de la criptomoneda hacia abajo.

Todo en consecuencia, los fondos pierden su valor.

Por último se tratará el problema de la modificación de las reglas de

consenso. Las reglas de consenso son las reglas más importantes de

Bitcoin. Establecen, entre muchas otras cosas, la cantidad de bitcoins

incluidos en la recompensa minera (coinbase), la dificultad de minado, el

tipo de PoW requerido, y, también, el límite del tamaño de los bloques.

49

Figura 3.13 Ataque del 51%.

Estas reglas son tan importantes porque determinan qué bloques son

considerados válidos por todos los nodos completos. Y si todos

los nodos completos aplican las mismas reglas de consenso, se asegura

que todos ellos mantienen una copia idéntica de la cadena de bloques.

En cambio, si los diferentes nodos aplican diferentes reglas de

consenso, se corren el riesgo de que unos acepten unos bloques y otros

los rechacen, lo que implicaría que los nodos de la red mantienen

versiones completamente incompatibles de la cadena de bloques, lo que

supondría que la red Bitcoin quedaría dividida. Las reglas del consenso

de Bitcoin se pueden modificar de dos maneras:

50

● A través de un cambio que añade reglas adicionales al protocolo

(haciendo que los bloques actuales sean inválidos). Es lo que se conoce

como softfork o bifurcación blanda (Figura 3.14). Estos tipos de cambio

requieren de la mayoría de la potencia de hash de la red para que sean

efectivos. Y en este caso, los bloques que se producen bajo las nuevas

normas serán válidos también bajo las viejas reglas, por lo que los nodos

que no actualizan continuarán considerando la cadena más larga como

válida.

En cualquier caso, los mineros no actualizados podrán producir bloques

que no son válidos bajo las nuevas reglas, lo que implicará un

desperdicio de la potencia de hash. Y los nodos completos no

actualizados ya no serán capaces de verificar los nuevos bloques bajo

las nuevas reglas, por lo que tendrán que esperar confirmaciones

adicionales para alcanzar el mismo nivel de seguridad.

Por estas y otras razones, el equipo de desarrollo del Bitcoin Core ha

asegurado que se requerirá normalmente una súper mayoría del 95%

de la potencia de hash para ponerse de acuerdo en los soft forks.

Figura 3.14 Soft Fork.

● A través de un cambio que elimina las reglas del protocolo (haciendo

que los bloques que antes no eran válidos, sí lo sean ahora). Es lo que

se conoce como hard fork o bifurcación dura (Figura 3.15). Un hard fork

requiere que todos los nodos completos de la red adopten dichos

cambios, es decir que actualicen el software. Cualquier nodo que no

implemente el cambio podría no seguir la cadena más larga, ya que

podría considerar que dicha cadena es inválida y permanecerá en la

cadena ―vieja‖ que es la que reconoce como válida. Esto podría dividir la

51

red Bitcoin. El tiempo que esa división de la cadena de bloques dure no

es en realidad una cuestión técnica, sino más bien un debate sobre

política, sociología, economía, teoría de juegos y mucho más.

Figura 3.15 Hard fork.

Los cambios a través de soft forks a las reglas de consenso sin un

consenso, podrían en el peor de los casos, provocar que una minoría de

los mineros desperdicien potencia de hash y ligeramente degradar la

seguridad de los nodos completos.

Los cambios a través de hard forks de las reglas de consenso sin

consenso podrían en el peor de los casos dividir la red Bitcoin en dos.

3.7. Diferentes mecanismos de consenso en blockchain.

Hasta ahora se ha visto el algoritmo de consenso que utiliza la

blockchain de Bitcoin. A continuación se presentarán otros mecanismos de

consenso:

● Proof-of-stake. En este caso se utilizan algoritmos que hacen que la

probabilidad de que un nodo sea elegido para generar o validar el siguiente

bloque sea proporcional a lo que tiene invertido en el blockchain, normalmente

en forma de monedas. La recompensa suele ser en forma de comisiones por

transacción.

52

El algoritmo se basa en la preselección del nodo que generará el

siguiente bloque de entre una serie de nodos validadores que deben bloquear

parte de su criptomoneda para poder optar a crear nuevos bloques. Tras la

generación, el bloque debe ser aceptado por el resto de los nodos validadores

mediante un proceso de votación. Los nodos reciben recompensa por participar

en la generación y en la validación de la cadena.

En cuestión de seguridad, el principio en el que se basa es que un

posible atacante necesitaría invertir mucho para llegar a ganar el control del

proceso de creación y aceptación de nuevos bloques. Además, un ataque

devaluaría muy significativamente la inversión, por lo que un atacante que

hubiera invertido lo suficiente para atacar el blockchain vería su inversión

perdida.

Un posible riesgo que debe tenerse en cuenta al implementar este tipo

de algoritmos es el posible beneficio que un nodo puede obtener de votar en

varios bloques a la vez, aun sabiendo que uno de ellos no es válido.

Este tipo de comportamiento podría llegar a hacer el consenso

imposible, por lo que los nodos con mucho invertido en el blockchain

normalmente no estarán interesados en llevarlo a cabo, ya que haría su

inversión inservible. Sin embargo, aquellos nodos con una inversión pequeña y

con poco que perder, podrían utilizar este tipo de técnicas para obtener

recompensa más rápidamente. De ahí que este problema se denomine

―nothing at stake‖ que podría traducirse como ―nada que perder‖ (Figura 3.16).

Figura 3.16 "Nothing at stake".

53

Por ello, casi todos los mecanismos de tipo proof-of-stake implementan

algún tipo de penalización para aquellos nodos que votan por votos que no se

llegan a confirmar en la cadena de bloques.

Existen diferentes implementaciones de este tipo de mecanismo de

consenso pero, en comparación con PoW, todos requieren de menor consumo

de energía y son más rápidos a la hora de generar nuevos bloques.

● Delegated Proof-of-stake. Aunque el nombre del Delegated Proof-of-

Stake (DPoS) es parecido al del Proof-of-Stake, los detalles de su

implementación son significativamente diferentes. En el DPoS, en lugar de

apostar monedas para validar transacciones, los propietarios de tokens votan

por un grupo selecto para que cumpla la función de validar transacciones.

El DPoS permanece "descentralizado" en el sentido de que todos los

participantes de la red participan en la selección de los nodos que validan las

transacciones, pero centralizado en el sentido de que un grupo más pequeño

toma decisiones que aumentan la velocidad y la verificación de las

transacciones.

Las implementaciones del DPoS mantienen una reputación, un proceso

de votación continuo y un sistema de reorganización que mantiene a los

validadores electos responsables y honestos.

Las ventajas del DPoS son que es escalable y proporciona una rápida

verificación de las transacciones, pero la desventaja es que está parcialmente

centralizado y el modelo de gobernanza no ha demostrado ser eficaz en un

proyecto de gran envergadura. El DPoS es empleado por los implementadores

Steemit, EOS y BitShares.

● Proof-of-activity. Este tipo de consenso propone una combinación de

los dos anteriores para reforzar la seguridad. Se busca que un posible atacante

no sólo necesite capacidad de cómputo sino también poseer criptomoneda

para hacerse con el control de la cadena de bloques. El problema que se

intenta atajar es una posible debilidad futura de la red de bitcoin, causada por

una potencial disminución del número de nodos mineros al reducirse la

recompensa por minar bloques. Partiendo del PoW de bitcoin, se propone un

paso adicional para la validación de bloques, en el que una serie de nodos, que

deben poseer o haber poseído bitcoins para ser seleccionados, confirman el

bloque generado por un nodo minero.

54

La Figura 3.17, muestra la relación entre el número de nodos que deben

confirmar en este segundo paso(N), el porcentaje de la capacidad total de

cómputo que necesitaría el atacante (en el eje de ordenadas) y el número de

monedas que debería poseer (en el eje de abscisas).

Figura 3.17 Relación entre monedas y potencia de hash para un ataque.

Actualmente únicamente la moneda Decred utiliza este mecanismo.

● Proof-of-elapsed-time. Se trata de una variedad de los mecanismos

proof-of-work que busca reducir el consumo de electricidad.

La elección del nodo que generará el siguiente bloque se realiza

mediante la ejecución de un código en un tipo especial de entorno controlado

(Trusted Execution Environment) que garantiza que el tiempo de ejecución no

depende de la potencia del procesador. De esta forma, se intenta que cada

CPU tenga las mismas opciones de minar nuevos bloques.

La principal crítica a la seguridad de este tipo de consenso es el hecho

de que actualmente únicamente un fabricante de microprocesadores (Intel)

produce CPUs compatibles con este algoritmo, lo que genera dudas sobre la

capacidad de este fabricante para alterar el funcionamiento del algoritmo. Esto

hace que no sea muy atractivo para la implementación de blockchains públicas.

55

● Proof-of-capacity/Proof-of-space. Este tipo de mecanismos de

consenso son otra variedad de proof-of-work, pero en lugar de requerir

capacidad de cómputo elevada, los nodos mineros obtienen ventaja de tener

mayor espacio en disco.

En cuestión de seguridad, no hay diferencias reseñables con proof-of-

work. La ventaja principal es que, al no ser necesario disponer de hardware

específico para minar bloques, el riesgo de centralización es menor.

La criptomoneda burstcoin implementa este mecanismo.

● Byzantine Fault Tolerance (BFT). En general, los algoritmos de

consenso BFT empleados por los proyectos de criptomonedas permiten a los

validadores gestionar el estado de una cadena y compartir mensajes entre sí

para llegar al registro de transacciones correcto y asegurar la honestidad.

El BFT es implementado principalmente por Ripple (donde los

validadores son preseleccionados por la fundación Ripple) y Stellar (donde

cualquiera puede ser validador y la confianza es establecida por la comunidad).

Unas de las ventajas del BFT es que permite la escalabilidad y las

comisiones de las transacciones son muy bajas.

● Decentralized acyclic graphs (DAGs). Como algoritmo de consenso

emergente, DAG están recibiendo actualmente mucha atención y presentan

una solución prometedora para la escalabilidad.

Es una forma de consenso que en realidad no usa la estructura de datos

blockchain y maneja las transacciones de forma asincrónica. Un gran beneficio

de este tipo de consenso es que (teóricamente) pueden tener un número

infinito de transacciones por segundo (Figura 3.18). A pesar de eso, los DAG,

como todos los demás algoritmos de consenso aquí, tienen sus fortalezas y

debilidades.

DAG es una estructura de datos de gráficos dirigidos que utiliza un orden

topológico. La secuencia solo puede ir de más temprano a más tarde. DAG a

menudo se aplica a problemas relacionados con el procesamiento de datos, la

programación, la mejor ruta de navegación y la compresión de datos.

La primera comunidad que tuvo la idea de cambiar la estructura de

almacenamiento tipo cadena en un DAG de bloques fue NXT . Si el tiempo de

56

minería no cambia, el almacenamiento podría extenderse X veces con X

bloques en la red al mismo tiempo.

Figura 3.18 Estructura de bloque de DAG.

La combinación blockchain con DAG aún proviene de la idea de cadenas

laterales. Diferentes tipos de transacciones se ejecutan en diferentes cadenas

simultáneamente. DAG de bloques todavía se basa en el concepto de bloques.

Pero, la pregunta sería el por qué necesitamos un bloque. En la red

bitcoin, muchas transacciones se extraen en bloques y la secuencia de

transacción se mantiene mediante los pre-ajustes entre bloques. ¿Qué sucede

si combina bloques y transacciones juntos? Haga que cada transacción

participe directamente en el mantenimiento de las secuencias. Después de

realizar la transacción, puede omitir el proceso de minería. Esto lo hace sin

bloque y más eficiente.

57

4. Evolución de la Blockchain

4.1. Introducción.

Como se ha visto, la llegada de Bitcoin introdujo un nuevo concepto que

sirvió de base para construir un sistema monetario digital que ha traído consigo

nuevos modelos económicos. Debido al gran potencial que posee, la

blockchain ha sido analizada con el objetivo de extender los beneficios que

esta tecnología puede proporcionar.

A raíz de dicho análisis, y dado que el diseño de la estructura

desarrollada para Bitcoin es extremadamente extensible, surge lo que se

conoce como Blockchain 2.0, una segunda versión del concepto de cadena de

bloques. Blockchain 2.0 es la evolución de la cadena de bloques diseñada para

Bitcoin.

4.2. Blockchain 2.0

En las comunicaciones realizada por Satoshi Nakamoto en 2009 con la

especificación de Bitcoin, se comentaba lo siguiente:

“…el diseño soporta una gran variedad de posibles tipos de transacción que

diseñé hace años. Transacciones de fideicomisos, contratos, arbitrajes de

terceras partes, firmas de varias entidades, etc. Esto son cosas que habrá que

explorar con Bitcoin en el futuro, pero deberán estar diseñadas desde el

principio para asegurarse que será posible hacerlas...”

Estas palabras de Satoshi Nakamoto en 2009 suponían el preludio a lo

que conocemos como Blockchain 2.0. Si se parte de la base que Blockchain

1.0 está pensado para las transacciones económicas y pagos básicamente, se

puede pensar que Blockchain 2.0 (Figura 4.1) está pensado para la gestión y

transferencia de activos y cualquier otro tipo de bien que pueda estar en un

registro público.

Igualmente se puede utilizar para gestión y transferencia de activos físicos

siempre que los mismos puedan ser codificados de alguna manera.

58

Figura 4.1 Elementos de la Blockchain 2.0

Blockchain 2.0 supone el paso de las criptomonedas al mundo de las

aplicaciones reales. La base del blockchain 2.0 son los Smart Contract o

contratos inteligentes que se encargan de ejecutar de forma automática

acciones programadas sobre el blockchain que se ejecutan.

4.3. Smart Contract

Un contrato inteligente es un programa informático que ejecuta acuerdos

establecidos entre dos o más partes haciendo que ciertas acciones sucedan

como resultado de que se cumplan una serie de condiciones específicas. Es

decir, cuando se da una condición programada con anterioridad, el contrato

inteligente ejecuta automáticamente la cláusula correspondiente.

Los smart contracts llevan desarrollándose desde 1993, cuando el

famoso criptógrafo Nick Szabo acuñó el término por primera vez. Nick propuso

este sistema de contratos por aquel entonces, sin embargo la infraestructura

tecnológica del momento lo hacía inviable.

Era necesario un sistema de pagos que los pudiese llevar a la práctica y

esa situación no apareció en escena hasta la creación del Bitcoin en el año

2009. No obstante, Bitcoin no estaba pensado para nada más que ser una

herramienta financiera, una criptomoneda. Por el contrario, la tecnología con la

que funcionaba, el blockchain, sí que hacía posible estos contratos inteligentes

59

y fue a principios de 2014, con la creación de Ethereum, cuando, por fin,

pasaron a ser una realidad.

Antes de nada, aclarar que aunque los smart contracts se han convertido

en una seña de identidad de Ethereum (Figura 4.2), no son exclusivos de este

blockchain. Otras blockchain que permiten la ejecución de estos contratos son

BitHalo(https://bithalo.org/), Codius (https://codius.org/), Counterparty

(http://counterparty.io/) o RootStock (http://www.rootstock.io/).

Figura 4.2 SmartContract de Ethereum.

Lo mejor para entender el concepto de un smart contract en Ethereum

es hacer una analogía con una máquina de bebidas. Cuando se introduce una

moneda en la máquina por el valor de una bebida, la maquina ejecuta un

código de forma inexorable que acaba finalmente con la provisión de la bebida.

En el caso de esta máquina, si no se deposita el precio de la bebida no se

dispara el evento que hace que se pueda tener acceso a la misma. En caso de

que se deposite la cantidad necesaria, la provisión de la bebida de realiza de

forma automática. No hay intervención humana, no hay dialogo posible, no hay

precio negociable. Si se cumplen las condiciones la bebida se obtendrá, si no

se cumplen es sencillamente imposible.

La idea de un smart contract es que son aplicaciones programables que

permiten la ejecución automática de tareas utilizando el blockchain de

60

Ethereum. Estos contratos se ponen en marcha cuando se producen

determinados eventos y utilizan el blockchain de Ethereum como la fuente de

datos para realizar las transacciones para las que están programados. Los

smart contracts de Ethereum se pueden realizar en varios lenguajes y

compilarse posteriormente para la máquina virtual de Ethereum (EVM –

Ethereum Virtual Machine) antes de ser depositados en la blockchain.

Ethereum utiliza un mecanismo denominada gas para limitar el tiempo

de ejecución de estos contratos. Cada contrato debe pagar una cierta cantidad

de gas por su computación. A mayor tiempo de computación mayor gas tendrá

que emplear. Hay que considerar que la ejecución de contratos en Ethereum es

cara ya que debe ser ejecutada en cada nodo completo de Ethereum. La idea

tras el gas es limitar la posibilidad de loops infinitos en contratos que hicieran

caer la EVM. Un gas es equivalente aproximadamente a 0,00001 ether y

permite la ejecución de una línea de código o un comando. Cuantas más líneas

de código tenga un contrato más cara será su ejecución y por tanto más gas

habrá que pagar por cada ejecución. Por ejemplo, si A quiere enviar 1 ether a

B, en realidad A tendrá que enviar 1,00001 ether para hacer posible la

transacción ya que el coste de transferir ethers es de 1 gas al tratarse de una

operación muy simple de un solo comando. Hay contratos en Ethereum que

precisan de cientos o miles de gas para poder ejecutarse. Si A quiere ejecutar

un contrato en Ethereum que está asociado a una dirección B y no incluye el

suficiente gas en las transferencia, esta no se realizara y por tanto no se hará

efectiva la acción del contrato.

A nivel de Ethereum un contrato queda vinculado a una dirección del

blockchain una vez que son compilados y enviados. Cuando se produce

cualquier evento que este contemplado en el contrato, se enviará la transacción

correspondiente a la dirección y la EVM de Ethereum ejecutará la

programación asociada a dicho contrato utilizando los datos que hayan sido

enviados.

Los contratos pueden ser tan simples y tan complejos como lo determine

su programación (Figura 4.3). La única diferencia sustancial es que los

contratos más complejos requieren más gas para su realización.

61

Figura 4.3 Complejidad de los SmartContract.

En principio cualquier tipo de operación que pueda ser vinculada a la

automatización permite un contrato: votos, apuestas, compras digitales,

préstamos, etc.

4.4. Beneficios de los Smart Contract

Después de haber definido qué son, se describirá los beneficios que

tienen:

● Autonomía

Estos contratos se dan siempre entre una o varias personas o entes

legales, pero sin ningún intermediario. No es necesario alguien que

valide el contrato, como podría ser un abogado. Por ello reducen, e

incluso pueden llegar a eliminar cualquier persona extra que no esté

implicada en el contrato.

● Costes

Al ser contratos en los que no se depende de un tercero, se reducen los

costes. Menos intervención humana resulta en costes reducidos.

● Confianza

Todos los contratos inteligentes van directos a la cadena de bloques.

Esto hace que: 1) esté encriptado, por lo que solo las personas

implicadas pueden leerlo, y 2) permite la interacción entre personas que

no se conocen entre sí sin que haya riesgo de estafa.

62

● Velocidad

Los contratos inteligentes utilizan código de software para automatizar

las tareas que de otro modo se realizarían por medios manuales. Por lo

tanto, aumentan la velocidad de los procesos de negocio y son menos

propensos a errores manuales.

● Seguridad

Al basarse estos contratos inteligentes en la cadena de bloques pública

de Ethereum no se pueden perder. Todo queda registrado de forma

inmutable. Nada ni nadie lo pueden hacer desaparecer y siempre se

tiene acceso a ellos.

El proceso de ejecución descentralizado elimina el riesgo de

manipulación, ya que la ejecución es gestionada automáticamente por

toda la red, en lugar de por una parte individual.

● Nuevos modelos de negocio

Los contratos inteligentes, a través de sus bajos costos para asegurar

transacciones confiables, permiten nuevos tipos de negocios como el

acceso automatizado a vehículos y unidades de almacenamiento.

Esto puede abrir nuevas vías de emprendimiento si lo juntamos con

otras tendencias emergentes como el Internet de las cosas (IoT).

4.5. Usos de los Smart Contract.

A continuación, se presenta algunos de los posibles usos que se le

podrían dar:

● Servicios financieros:

- Préstamos: si la persona que contrata el préstamo no realiza el pago

en el tiempo estipulado, se ejecutaría el contrato para retirarle las

garantías.

- Liquidación de operaciones: los contratos calculan importes de

liquidación y transfiere fondos automáticamente.

- Pagos de cupones y bonos: los contratos calculan y pagan automáticamente de forma periódica los cupones y devuelve el capital al vencimiento de los bonos.

63

- Microseguros: Calculan y transfieren micropagos basados en datos de uso de un dispositivo conectado a Internet (por ejemplo, un seguro automotriz de pago por uso) - Depósito en garantía en el registro de la propiedad: el contrato supervisa la información externa a la cadena de bloques y una vez transferida la propiedad de un vendedor a un comprador, el contrato ingresa automáticamente los fondos al vendedor. - Herencias: una vez que el contrato puede verificar el fallecimiento de la persona, automáticamente las propiedades quedan repartidas y asignadas entre los herederos.

- Automatización de pagos y donaciones: se pueden acordar pagos o

donaciones periódicas o puntuales a personas o entidades. El contrato

inteligente lo que haría es verificar que se cumplen las reglas para

realizar automáticamente la donación.

● Servicios de la salud

- Expedientes médicos electrónicos: los contratos proporcionan

transferencias y accesos a los historiales médicos tras la aprobación de

múltiples firmas entre pacientes y proveedores.

- Acceso a los datos sanitarios de la población: se conceden a las

organizaciones de investigaciones sanitarias el acceso a determinada

información sanitaria personal. A cambio, a través de los contratos, se

realizan micropagos automáticamente al paciente para su participación.

- Seguimiento de la salud personal: se realiza un seguimiento de las

acciones relacionadas con la salud de los pacientes a través de

dispositivos IoT -Internet of Things- (conectados a Internet). Los

contratos generan automáticamente recompensas basadas en hechos

específicos.

● Servicios de propiedad intelectual

- Distribución de royalties: el smart contract calcula y distribuye los

pagos de royalties a artistas y otras partes asociadas según los términos

acordados.

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● Servicios energéticos

- Estaciones autónomas de recarga para vehículos eléctricos: el

contrato procesa un depósito, habilita la estación de recarga y devuelve

los fondos restantes una vez completados.

● Servicios del sector público - Votación: valida los criterios del votante, registra el voto en la cadena

de bloques e inicia acciones específicas como resultado del voto

mayoritario. Esto es posible en una votación tanto a nivel de encuesta

como a nivel estatal.

- Apuestas: dos o más partes pueden apostar sin que se resienta su

seguridad y sin necesidad de un tercero a través de un contrato

inteligente que asegure unas condiciones concretas.

- Propiedades inteligentes: una casa, un coche, una nevera, una

lavadora…todos los objetos que se puedan conectar a Internet se

consideran propiedades inteligentes (del inglés, smart property). Y todos

pueden ser gestionados con contratos inteligentes para poder venderlos

o alquilarlos de forma automatizada.

4.6. Blockchain 3.0

En los capítulos anteriores se hablaba de blockchain 1.0 como un nuevo

sistema eficaz y válido para el intercambio financiero sin intermediarios y de

blockchain 2.0 como un nuevo sistema para el desarrollo de contratos

inteligentes y el desarrollo de mercados con aplicaciones similares a las que

tenemos en la actualidad en los mercados digitales pero utilizando la potencia

del blockchain.

En el caso del 3.0 (Figura 4.4) el reto tiene que ver con el desarrollo de

nuevas tecnologías basadas en la identidad, la libertad, la democracia y la

contabilidad de activos de cualquier tipo. Blockchain 3.0 tratará de solucionar

las restricciones que actualmente existen en los mercados a nivel local,

regulatorio y de entornos macroeconómicos. Es decir, mientras que blockchain

2.0 está tratando de migrar aplicaciones del mundo digital utilizando la

trazabilidad y posibilidades de contabilidad en mercados masivos, blockchain

3.0 va a tratar de cambiar el status quo establecido utilizando la potencia, la

deslocalización y la ubiquidad que generan las tecnologías blockchain.

65

No se trata de reinventar aplicaciones de mercado ya existentes, se trata

de cambiar el mercado y de generar nuevos modelos de contabilidad y

trazabilidad sobre activos de cualquier tipo desconocidos hasta el momento.

Figura 4.4 Evolución de la Blockchain.

Si se puede hablar de blockchain 2.0 como una evolución, en el caso de

blockchain 3.0 se debe hablar de revolución. Esta revolución está por llegar, es

algo que se va a ir produciendo en los próximos años, pero cuyas bases se

están asentando en la actualidad.

Hará falta bastante trabajo adicional para tener estos sistemas

transaccionales completamente listos y en funcionamiento, no se ha hecho más

que empezar. Las herramientas están parcialmente preparadas pero aún hacen

falta bastantes elementos que en la mayoría de los casos tienen que ver con la

interfaz de los activos del mundo real o digital y con la capacidad de

trazabilidad y contabilidad que posee blockchain.

Adicionalmente existe un problema de conocimiento general sobre estas

tecnologías que se irán introduciendo en los próximos años. Las empresas TIC

que se tendrán que encargar de desarrollar la base tecnológica del blockchain

3.0 no están todavía preparadas completamente y las empresas y

organizaciones que se beneficiarán de la aplicación de las mismas están aún

identificando las estrategias necesarias para ponerlo en marcha.

66

5. Conclusiones

Las conclusiones a las que se ha llegado con la realización de este TFM,

son el conocimiento de la tecnología que hace realidad la primera

criptomoneda creada, como es el Bitcoin. Las ventajas y desventajas de su

utilización, la manera en la que crea valor, las otras criptomonedas surgidas a

raíz de la aparición de esta, así como el uso de la criptografía como elemento

fundamental para el surgimiento del Bitcoin.

Al mismo tiempo se ha tratado la base que la sustenta y la hace posible,

como es la cadena de bloques para Bitcoin, y desde ahí a la evolución de la

bockchain hacía otros tipos de usos en otros tipos de campos, que son el

presente y será el futuro de la blockchain.

En cuanto a los objetivos planeados, centrados en el conocimiento de

los fundamentos del Bitcoin y Blockchain, pienso que en este TFM han sido

cubiertos de una forma detallada, sin entrar en explicaciones altamente

especializadas que dificulte su comprensión.

Respecto a la planificación, del primer diagrama de Gantt, al último

presentado en este TFM, ha habido modificaciones según iba tomando forma el

trabajo, tanto en tiempos de realización de tareas como en su contenido, ya

sea por considerar unos temas más importantes que otros, o por la propia

organización del contenido.

Como trabajo futuro, me hubiera gustado profundizar más en el futuro de

la blockchain (Blockchain 2.0, Smartcontract, Blockchain 3.0), pero pienso que

no era el objetivo principal de este TFM, por lo que su tratamiento ha sido

meramente descriptivo.

67

6. Glosario

Altcoin: una criptomoneda con un funcionamiento muy parecido al de Bitcoin

pero con algunas diferencias, como la capacidad de procesar transacciones

más rápido.

Bloque: Conjunto de transacciones de bitcoins agrupadas para ser

verificadas y unirlas a la cadena de bloques.

Bloque génesis: Nombre que recibe el primer bloque de la cadena de

bloques.

BTC: Es el símbolo del bitcoin.

Cadena de bloques: Es un registro histórico de todas las transacciones

válidas de Bitcoin realizadas y, de manera cronológica y pública, la podemos

considerar como la contabilidad de la red Bitcoin.

Clave privada: Es un número secreto que permite gastar los bitcoins. Cada

dirección Bitcoin tiene asociada una clave privada. La clave privada está

relacionada matemáticamente con la dirección Bitcoin, de tal modo que la

dirección Bitcoin se deriva de la clave privada siguiendo unas reglas fijas,

mientras que la operación inversa, deducir una clave privada a partir de la

dirección Bitcoin, es imposible.

Clave pública: Un texto alfanumérico del cual se obtiene trivialmente una

dirección y que es conocido por todos. Al ser conocido por todos, cualquiera

puede enviarle bitcoins a la dirección asociada. Pero solo quien tenga la clave

privada asociada podrá disponer de ellos. La clave pública es generada

fácilmente a partir de la clave privada.

Comisión: Una pequeña suma de bitcoins que se entrega al minero que

resuelve el bloque como recompensa

Confirmación: Es el hecho de resolver un bloque e incluirlo en la cadena de

bloques, estableciendo así la validez de las transacciones incluidas en él y

afianzando más aún la confianza de los bloques anteriores.

Contrato inteligente: un programa informático almacenado en una cadena

de bloques que, si se cumplen las condiciones codificadas en el programa,

mueve de manera automática los activos digitales entre las cuentas. Sirve

68

como una forma de crear una promesa matemáticamente garantizada entre

dos partes.

Criptomoneda: Monedas digitales que funcionan en redes descentralizadas,

donde las partes actúan directamente entre sí. El bitcoin es la más conocida de

estas monedas, pero no la única.

Criptografía: Utilización de las matemáticas para crear mensajes de forma tal

que solo el destinatario pueda comprender su significado. Si un tercero

interceptara el mensaje, no podría comprenderlo.

Descentralización: una medida difícil de cuantificar de la resistencia de una

red frente a ataques. Se mide en función de la distribución del control de la

cadena de bloques entre sus distintos usuarios, una función de qué tan amplio

se distribuye el control entre los diferentes actores

Dificultad: Número que determina cuántos hashes en promedio se necesitan

crear hasta encontrar aquel que resuelve el bloque. La propia red ajusta la

dificultad para asegurar que en promedio se resuelva 1 bloque cada 10

minutos, de manera si más gente pone su ordenador a buscar Bitcoins esa

dificultad se ajusta automáticamente para mantener esa velocidad.

Dirección: Es un identificador que tiene entre 27 y 34 caracteres

alfanuméricos, comenzando por el número 1 o el 3, que representa un destino

de Bitcoins, es decir, se utiliza para enviar y recibir Bitcoins.

Doble gasto: Se refiere al acto de realizar dos pagos con una misma

moneda. Supone una operación fraudulenta y, aunque no resulta fácil de hacer

en la red Bitcoin, se ha de tratar de evitar no aceptando el pago hasta que se

lleve a cabo un mínimo de confirmaciones, que suelen ser entre tres y seis

ETHER (Éter): Es el token nativo de la cadena de bloques de Ethereum, que

se utiliza para pagar tarifas de transacción, recompensas de mineros y otros

servicios en la red.

Ethereum: Plataforma descentralizada desprendida desde la red de Bitcoin y

que permite la ejecución de contratos inteligentes. Su criptomoneda (ether) es

una de las más populares y de mayor capitalización del mercado.

Firma digital: Proceso matemático que comprueba la autenticidad del

remitente de un mensaje de forma tal que el receptor puede verificar que el

mensaje fue escrito por este y por nadie más, y que el éste no fue alterado o

modificado por otra persona.

69

Fork (bifurcación): es una versión de la cadena de bloques alternativa a la

actual. Se puede obtener de forma maliciosa si un minero obtiene demasiado

poder de cómputo, de forma accidental en caso de un error en el sistema, o de

forma intencional si se introduce una modificación del protocolo. Para que un

fork tenga éxito es necesario que cuente con el apoyo de suficientes mineros

como para obtener la cadena más larga dentro de la cadena de bloques

GAS: Precio interno para ejecutar una transacción o contrato en Ethereum.

Se usa para desacoplar la unidad ether (ETH) y su valor de mercado de la

unidad para medir el uso computacional (gas).

Hash: Un hash de un objeto es el equivalente de nuestra huella dactilar. Es

una identificación única y constante. Dos objetos distintos tienen (teóricamente)

hashes distintos. Además, tiene la peculiaridad de que, si tienes el objeto es

muy fácil obtener su hash. Sin embargo, si tienes el hash es extremadamente

difícil obtener el objeto original del que proviene. En el caso de Bitcoin, el

algoritmo es SHA256.

Input (entrada): se refiere al origen de una transacción. Suele tratarse de la

dirección perteneciente al emisor del pago, excepto en el caso de una

transacción por recompensa a la minería.

Minería: Resolución de un bloque, certificando todas las transacciones que

contiene. A cambio, el minero recibe una recompensa en Bitcoins nuevos

Bitcoins. De esta forma se generan nuevas monedas en la red.

Minero: se conoce con este nombre a quienes realizan la minería.

Monedero/Wallet: Programa que guarda los Bitcoins que una persona posee

y permite transferir y recibir Bitcoins sin intermediarios mediante las claves

privadas, es más o menos como un monedero físico pero en la red Bitcoin. El

monedero puede utilizarse online o se puede descargar mediante una

aplicación y se queda guardado en el propio ordenador.

Nodo: es un ordenador conectado a la red Bitcoin que transmite

transacciones a otros

Nonce: Un número que se añade al hash del bloque anterior para intentar

resolverlo. Si el hash encontrado no resuelve el bloque, se incrementa el nonce

y se vuelve a intentarlo.

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Output (salida): es el destino de una transacción. Lo más habitual es que se

trate de una dirección, pero también puede haber transacciones con más de

una dirección de destino y, por tanto, varias salidas.

P2P: hace referencia a una red peer-to-peer, es decir, una red

descentralizada donde todas las partes interactúan entre sí.

Pool de minería: Es la agrupación de un conjunto de mineros que se unen

para generar hashes de manera más rápida y así aumentar la probabilidad de

resolver el bloque y obtener la recompensa, la cual se divide de forma

proporcional entre los mineros.

Prueba de trabajo: el protocolo de consenso que utiliza Bitcoin y muchas

otras criptomonedas. Para agregar un nuevo bloque, los mineros deben

calcular un hash que cumpla ciertos criterios. Este cálculo consume mucha

energía y tiempo, ya que para llegar a él hay que hacer un montón de

conjeturas aleatorias, lo que disuade los intentos de fraude.

Satoshi Nakamoto: Es el pseudónimo de la persona o grupo de personas

que inventaron el Bitcoin. Nadie conoce su verdadera identidad.

Volatilidad: La medida en que fluctúa una divisa a lo largo del tiempo.

71

7. Bibliografía

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[15] ¿Qué es Bitcoin? ¿Cómo funciona? ¿Dónde se compran?

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[16] ¿Qué es el bitcoin? ¿Es seguro invertir en bitcoins? 10 claves https://www.elperiodico.com/es/economia/20171203/bitcoin-que-es-6467132

[17] Invertir en bitcoins: lo que debes saber. https://www.finect.com/blogs/aprendiendo-sobre-inversiones/articulos/invertir-bitcoins-debes

[18] Encuentre respuestas a mitos y preguntas comunes sobre Bitcoin. https://bitcoin.org/es/faq#como-se-compran-bitcoins [19] La blockchain: fundamentos, aplicaciones y relación con otras

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[30] Del PoW al BFT: ¿cuáles son los algoritmos para lograr el consenso? https://es.insider.pro/tutorials/2018-03-21/del-pow-al-bft-cuales-son-los-

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